Onderzoeker Kevin Kit Parker heeft een kunstmatige rog gemaakt die kan zwemmen dankzij de hartcellen van een rat.
Parker is een toegepast natuurkundige aan Harvard University en werd geïnspireerd door kwallen die hij vijf jaar geleden zag zwemmen bij een aquarium. De pulserende beweging van de dieren deed hem denken aan een kloppend hart.
Eerder was het team van Parker er al in geslaagd om spiercellen van een hart te laten groeien op dunne siliconenfilms. Parker vroeg zich vervolgens af of hij deze hartcellen kon laten werken op een kwal-achtige ‘pomp’.
Robot-kwal
Het resultaat was een ‘medusoïde’, een simpel kunstmatige ‘dier’ bestaande uit hartcellen op een dunne siliconenplak die een bekervorm met flapjes aan de rand kreeg. Een badje met een zoutoplossing hield de cellen vers en kleine elektrische pulsen deden de cellen samentrekken. Hierdoor bewoog de robotkwal vooruit.
“Voor mij was dit slechts een oefening”, aldus Parker. “Ik wil steeds beter worden in het bouwen van spierpompen.”
Van kwal tot rog
Het idee van de robotrog werd ook geboren tijdens een bezoek aan een aquarium. Toen de dochter van Parker een rog aanraakte trok het een helft van zijn lichaam samen en schoot weg. Parker dacht dat er wellicht overeenkomsten waren met het sturen van een rog en hoe een hart bloed rondpompt. Daarom besloot Parker de complexiteit van zijn bio-machine te verhogen en een rog te maken.
Lichtbesturing
Parker verzon ook een simpele manier om de rog te besturen: licht. Hiervoor richtte hij zijn pijlen op het onderzoeksgebied van de optogenetica. Dit werkt door cellen die genetisch verrijkt zijn met licht-gevoelige moleculen die signalen genereren als ze een lichtbron waarnemen.
Op de kunstmatige rog die Parker en zijn team uiteindelijk bouwden zitten ongeveer 200 000 hartcellen, afkomstig uit rat-embryo’s. Deze hartcellen zijn bovenop de siliconen laag bevestigd. De siliconen laag bevat een speciaal patroon van fibronectine (een extracellulair eiwit) waarmee de groei van de spiercellen gestuurd kan worden. Uiteindelijk groeien de cellen in een structuur die enigszins overeenkomt met de spieren van een echte rog.
Met een lichtbron gericht op elke vin konden de onderzoekers de robotrog naar links of naar rechts laten zwemmen. Door de frequentie van het licht te vertragen of te versnellen kunnen de vinnen los van elkaar aangestuurd worden.
Hartwerk
Of de robotrog uiteindelijk praktische toepassingen krijgt valt nog te bezien. Wel brengt het onderzoek Parker dichter bij zijn uiteindelijke doel: het bouwen van een kunstmatig mensenhart.