Đại học Harvard chế tạo robot cá đuối từ tế bào tim chuột

Nhóm các nhà khoa học tại Đại học Harvard (Mỹ) đã phát triển một con robot cá đuối có thể bắt chước cách di chuyển của loài vật này, bằng cách sử dụng các cơ tim lấy từ một con chuột và gắn nó lên bộ xương hình cá đuối. Sản phẩm của các nhà nghiên cứu được xem là "phép lai" tuyệt vời của kỹ thuật sinh hóa, rất có thể sẽ tạo đà cho sự ra đời của một thế hệ robot dưới nước hoàn toàn mới.

Robot nói trên chỉ sử dụng một lớp cơ duy nhất, cho phép chúng co giãn để bắt chước cách bơi của cá đuối. Trong khi cá đuối thật có một lớp cơ để kéo vây của nó đi lên, khung xương của robot được thiết kế để tự nẩy lên sau mỗi lần co lại, giúp đơn giản hóa cấu trúc tổng thể. Khi các cơ được kích thích bằng ánh sáng, các cử động phối hợp cho phép robot bơi về phía trước.

"Nói đại khái, chúng tôi đã tạo ra nó với một nhúm tế bào tim chuột, một vài thiết bị cấy ghép, và một chút vàng. Có vẻ như mọi thứ tốn khá nhiều tiền, ngoại trừ kỹ thuật di truyền", Kit Parker, kỹ sư sinh học tại Đại học Harvard, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, cho biết. Kích thước của nó khá nhỏ, dài không quá 1,5cm và nặng chỉ 10 gram.

Nó hoạt động như thế nào?

Robot này chỉ sử dụng một lớp cơ duy nhất, cho phép chúng co giãn để bắt chước cách bơi của cá đuối.

Để hiểu vì sao cơ tim lấy từ chuột có thể cung cấp năng lượng cho một con robot cá đuối, chúng ta bắt đầu tìm hiểu lần lượt qua từng lớp của nó. Có tổng cộng 4 lớp. Lớp trên cùng là vỏ silicone được đúc từ khung titan, giúp robot mềm dẻo, linh hoạt và dễ gắn kết với các vật liệu khác. Sâu hơn vào lớp thứ 2 là bộ khung xương đơn giản làm từ vàng. Sở dĩ vàng được lựa chọn là do các nhà nghiên cứu nhận thấy độ cứng và linh hoạt của nó phù hợp với động tác co - giãn trong di chuyển của cá đuối.

Xếp thứ 3 là lớp silicone siêu mỏng, không những ngăn không cho các cơ tim chuột tiếp xúc trực tiếp với vàng mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc định hình tế bào chuột, tạo thành các mô mong muốn. Lớp dưới cùng là các tế bào lấy từ cơ tim chuột đã được biến đổi gen. Sau đó, Parker xếp những tế bào này lên 2 vây của robot, sao cho tín hiệu được phát đi có thể truyền dọc giữa chúng, từ đó tạo nên chuyển động gợn sóng của vây tương tự cá đuối thật.

Ứng dụng công nghệ di truyền, các nhà khoa học có thể làm cho các cơ của robot cá đuối co lại khi chiếu vào nó một ánh sáng với bước sóng cụ thể. Điều này được thực hiện thông qua một kỹ thuật gọi là kỹ thuật di truyền optogenetics (di truyền quang học), cho phép các tế bào bình thường phản ứng với ánh sáng.

Sau 6 tuần, robot cá đuối vẫn bơi được, với hơn 80% tế bào vẫn sống khoẻ mạnh.

Trong quá trình thử nghiệm, robot có thể bơi khá linh hoạt trong chất lỏng, và các nhà khoa học cũng cung cấp vào đó chất dinh dưỡng nhằm duy trì sự sống của các tế bào tim chuột. Sau 6 tuần, robot cá đuối vẫn bơi được, với hơn 80% tế bào vẫn sống khoẻ mạnh.

Mặc dù cho kết quả ban đầu rất khả quan, song ông Adam Feinberg - nhà nghiên cứu robot tại Đại học Carnegie Mellon (Mỹ) cho rằng vẫn còn nhiều thử thách mà robot mới cần phải vượt qua. Vì không có hệ miễn dịch, thế nên nếu đặt robot cá đuối vào một môi trường tự nhiên, giả sử đầy đủ dinh dưỡng, thì khả năng tồn tại của nó cũng rất thấp bởi sự tấn công của vi khuẩn và nấm.

Ứng dụng

Về phần mình, kỹ sư Parker tin rằng robot của ông - cỗ máy được xây dựng dựa trên các tế bào sống động vật, sẽ đặt ra một câu hỏi dành cho triết học, rằng có phải nó đang sống? "Tôi nghĩ rằng chúng tôi đã tạo ra một dạng sống sinh học. Một cái máy, nhưng có một đời sống sinh học. Tôi sẽ không gọi nó là một sinh vật, bởi vì nó không thể nhân bản, nhưng chắc chắn nó vẫn còn sống".

Theo Parker, có lẽ khía cạnh thú vị nhất của robot cá đuối nằm ở việc các nhà khoa học ở các lĩnh vực khác nhau đều có thể sử dụng nó cho công tác nghiên cứu của mình. "Trong khi các nhà robot học và các kỹ sư có thể tìm thấy những cách khác nhau để sử dụng tế bào sinh học như nguyên liệu thiết kế, các nhà sinh học biển cũng có thể có một cái nhìn mới để hiểu rõ hơn về cách các mô phản ứng với ánh sáng và cách tổ chức của chúng".