26 年 2024 月 XNUMX 日 (Nanowerkニュース) 紫外線レーザー処理は、複雑な微細構造を開発するための有望な技術であり、本物のようなバイオハイブリッドアクチュエータを構築するために必要な筋細胞の複雑な配列を可能にすることが、東工大の研究者によって示された。従来の複雑な方法と比較して、この革新的な技術により、さまざまな筋細胞の配置を実現するための複雑なパターンを持つ微細構造を簡単かつ迅速に製造でき、複雑で柔軟な動きが可能なバイオハイブリッドアクチュエーターへの道が開かれます。生物の動きや生物学的機能を模倣する生体模倣ロボットは、より効率的なロボットを実現するだけでなく、筋肉生物学を理解するためのプラットフォームとしても機能する魅力的な研究分野です。その中でも、バイオハイブリッドアクチュエーターは、実際の筋肉の力を再現できる柔らかい素材と筋細胞で構成されており、自己修復、高効率、高重量比出力など、本物のような動きや機能を実現する可能性を秘めています。これは、重いエネルギー源を必要とする従来の大型ロボットでは困難でした。これらの本物のような動きを実現する 1 つの方法は、バイオハイブリッド アクチュエータ内に筋細胞を異方的に配置することです。これには、生物で見られるものと同様に、異なる方向を向いた特定のパターンでそれらを整列させることが含まれます。以前の研究では、この技術を使用して大きな動きをするバイオハイブリッドアクチュエータが報告されていますが、それらは主に筋細胞を異方的に直線に整列させることに焦点を当てており、ねじったり、曲げたり、自然な筋肉組織の複雑な動きとは対照的に、単純な動作のみをもたらしました。そして縮みます。実際の筋肉組織は、湾曲したパターンやらせん状のパターンなど、筋細胞の複雑な配置を持っています。このような複雑な配置を作成するには、基板上に湾曲したマイクログルーブ (MG) を形成する必要があり、これが筋肉細胞を必要なパターンに整列させるためのガイドとして機能します。複雑な MG の作製は、次のような方法で実現されています。 フォトリソグラフィー、波状顕微鏡写真およびマイクロコンタクトプリンティング。ただし、これらの方法には複数の複雑なステップが含まれており、迅速な製造には適していません。この問題に対処するために、生命理工学院の藤江俊典准教授率いる東京工業大学の研究者チームは、複雑な微細構造を作製するための紫外線（UV）レーザー加工技術を開発した。 。 「これまでのプロトタイプに基づいて、UVレーザー加工によって作製された任意の異方性MGを備えたSBS（硬質ゴム）薄膜を使用したバイオハイブリッドアクチュエーターは、細胞の配列を任意の異方性方向に制御し、より実物に近い柔軟な動きを再現できるという仮説を立てました。」藤江博士はこう説明する。彼らの研究は雑誌に掲載されました バイオファブリケーション (「異方性運動を備えたバイオハイブリッドアクチュエータを構築するための UV レーザー加工微細構造」).
本物のような動きをする生体模倣ロボットを簡単かつ迅速に製造するための新しい方法。 （画像：東京工業大学） この新しい技術では、UVレーザー加工によりポリイミド上に湾曲したMGを形成し、それをSBS製の薄膜上に転写する。次に、生体に存在する筋管と呼ばれる骨格筋細胞を MG を使用して整列させ、異方性の湾曲した筋肉パターンを実現します。研究者らはこの方法を使用して 3 つの異なるバイオハイブリッド アクチュエータを開発しました。XNUMX つはガラス基板に接続され、もう XNUMX つは接続されていません。電気刺激を与えると、両方のアクチュエータがひねるような動きで変形しました。興味深いことに、バイオハイブリッド アクチュエータは、紐を解くと、本来の括約筋のような筋管の湾曲した配置により、XNUMXD 自立構造に変形しました。 「これらの結果は、従来の方法と比較して、UV レーザー コンは調整可能な MG パターンを製造するためのより迅速かつ簡単な方法であることを示しています。この方法は、筋管の誘導された位置合わせを通じて、より本物に近いバイオハイブリッド アクチュエータを実現する興味深い機会をもたらします」と藤江博士は述べ、この革新的な技術の可能性を強調しました。全体として、この研究は、さまざまな異方性筋肉組織パターンの作製における UV レーザー処理の可能性を実証し、複雑で柔軟な動きが可能な、より実物に近いバイオハイブリッド アクチュエーターへの道を切り開くものです。
本物のような動きをする生体模倣ロボットを簡単かつ迅速に製造するための新しい方法。 （画像：東京工業大学） この新しい技術では、UVレーザー加工によりポリイミド上に湾曲したMGを形成し、それをSBS製の薄膜上に転写する。次に、生体に存在する筋管と呼ばれる骨格筋細胞を MG を使用して整列させ、異方性の湾曲した筋肉パターンを実現します。研究者らはこの方法を使用して 3 つの異なるバイオハイブリッド アクチュエータを開発しました。XNUMX つはガラス基板に接続され、もう XNUMX つは接続されていません。電気刺激を与えると、両方のアクチュエータがひねるような動きで変形しました。興味深いことに、バイオハイブリッド アクチュエータは、紐を解くと、本来の括約筋のような筋管の湾曲した配置により、XNUMXD 自立構造に変形しました。 「これらの結果は、従来の方法と比較して、UV レーザー コンは調整可能な MG パターンを製造するためのより迅速かつ簡単な方法であることを示しています。この方法は、筋管の誘導された位置合わせを通じて、より本物に近いバイオハイブリッド アクチュエータを実現する興味深い機会をもたらします」と藤江博士は述べ、この革新的な技術の可能性を強調しました。全体として、この研究は、さまざまな異方性筋肉組織パターンの作製における UV レーザー処理の可能性を実証し、複雑で柔軟な動きが可能な、より実物に近いバイオハイブリッド アクチュエーターへの道を切り開くものです。
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- 情報源： https://www.nanowerk.com/news2/robotics/newsid=64718.php
