Stworzono sztuczny mięsień o nadludzkiej sile

zoetnet
Naukowcy podają, że udało im się stworzyć włókna mięśniowe stukrotnie silniejsze niż mięśnie ludzkie. W tym celu wykorzystali jedynie zwyczajną żyłkę wędkarską i nici do szycia. Liczą, że innowacyjne mięśnie pomogą osobom noszącym protezy kończyn, egzoszkielety lub inne tego typu pomoce medyczne. Mogą one znaleźć zastosowanie także w życiu codziennym. Możliwości wykorzystania mięśni polimerowych są ogromne – mówi dr Ray Baughman z Uniwersytetu Teksańskiego w Dallas.


Jak powstał wynalazek?
W projekcie udział wzięli naukowcy z wielu części świata – w tym z Australii, Korei Południowej, Kanady, Turcji i Chin. W celu stworzenia sztucznego mięśnia badacze skręcali i zwijali polimerową żyłkę wędkarską o wysokiej wytrzymałości oraz nici do szycia. Podczas gdy naturalny mięsień kurczy się w 20%, sztuczny mięsień może zredukować swoją długość nawet o połowę. Innowacyjny wynalazek napędzany jest zmianami temperatury, którymi specjaliści mogą sterować elektronicznie. Jak tłumaczą autorzy badania, wynalazek mogą także „uruchomić” zmiany temperatury środowiska, co zwiększa zakres możliwych zastosowań mięśnia.


Powstały z pęku żyłek mięsień jest w stanie podnieść ok. 7 kilogramów. Jednak gdyby udało się połączyć ok. 100 żyłek, czyli uzyskać strukturę zbliżoną do naturalnego mięśnia, jego sztuczny odpowiednik mógłby udźwignąć nawet tonę – mówi Baughman. Oznacza to, że wynalazek mógłby znaleźć wykorzystanie w każdej aktywności, która wymaga nadludzkiej siły.


Możliwe zastosowanie mięśnia
We wcześniejszych badaniach przyjrzano się egzoszkieletom noszonym przez pacjentów sparaliżowanych od pasa w dół. Te napędzane bateriami urządzenia pozwalają sparaliżowanym osobom stać i chodzić przy użyciu kul – prowadzą one do przeniesienia ciężaru ciała użytkownika, co uruchamia systemy motoryczne i hydrauliczne egzoszkieletu. Jednak używający ich pacjenci doświadczają wielu ograniczeń ruchowych, wynikających przede wszystkim z rozmiaru i wagi sprzętu. Jak zaznacza Baughman, to samo dotyczy nawet najbardziej zaawansowanych robotów humanoidalnych i kończyn bionicznych. Sztuczny mięsień mógłby rozwiązać ten problem.


Nawet jeżeli sztuczny mięsień nie znajdzie zastosowania w medycynie, pomoże udoskonalić roboty humanoidalne, które dzięki niemu będą mogły uzyskać bardziej naturalną mimikę. Mniejsze niż ludzki włos narzędzie może także pomóc chirurgom podczas zautomatyzowanych zabiegów mikrochirurgicznych. Inne możliwości obejmują choćby stworzenie ubrań, które dopasowują się do ciała, analizując temperaturę powietrza, lub okien, które otwierają się i zamykają w zależności od pogody.

Sztuczny mięsień to nie jedyny cel badawczy
Innowacyjny mięsień nie jest jedynym wynalazkiem, który niesie nadzieję osobom z upośledzonymi funkcjami ruchowymi. Kilka miesięcy temu naukowcy z Uniwersytetu Duke poczynili krok w kierunku stworzenia syntetycznej, zastępczej chrząstki stawowej. Za pomocą dwóch innowacyjnych technologii, które zresztą pomogli stworzyć, główni autorzy badania – prof. Farshid Guilak i Xuanhe Zhao – zaprojektowali sztuczną tkankę zastępczą, której siła i giętkość zbliżone są do chrząstki naturalnej.

Chrząstka stawowa jest tkanką zlokalizowaną na końcach kości, czyli w miejscu, gdzie się one stykają. Z czasem ta warstwa ochronna może zostać naruszona wskutek urazu lub zużycia, co prowadzi do bólu i ograniczonej możliwości poruszania się. Podczas gdy wymiana tkanki mogłaby przynieść ulgę milionom pacjentów, odtworzenie jej właściwości, czyli siły i zdolności amortyzacyjnych przy jednoczesnym zachowaniu gładkiej konsystencji, okazało się nie lada wyzwaniem dla specjalistów.

W 2007 roku prof. Guilak uzyskał trójwymiarowe „rusztowanie”, do którego można było wstrzyknąć komórki macierzyste. Następnie miały one być przekształcane w stawową tkankę chrzęstną. Od tamtej pory naukowcy próbowali stworzyć odpowiedni nośnik, który wypełniłby pustą przestrzeń „rusztowania”, a przy tym byłby odporny na obciążenia, zapewniał amortyzację i wspierał wzrost komórek macierzystych. Dopiero specjalistom z Uniwersytetu Duke udało się zaprojektować odpowiedni materiał – trwały, a jednocześnie giętki hydrożel. Jak podkreśla Zhao, posiada on mechaniczne właściwości oryginalnej chrząstki i nie pęka wskutek naturalnego zużywania. Jak dodaje, jest to obiecujący wynalazek, który w przyszłości może doprowadzić do stworzenia syntetycznej tkanki.