Anzeige
Designing non-electronic biological machines has been a riddle that scientists at the interface of biology and engineering have struggled to solve. The walking bio-bots demonstrate the Illinois team’s ability to forward-engineer functional machines using only hydrogel, heart cells and a 3-D printer.
With an altered design, the bio-bots could be customized for specific applications in medicine, energy or the environment. The research team, led by U. of I. professor Rashid Bashir, published its results in the journal Scientific Reports.
“The idea is that, by being able to design with biological structures, we can harness the power of cells and nature to address challenges facing society,” said Bashir, an Abel Bliss Professor of Engineering. “As engineers, we’ve always built things with hard materials, materials that are very predictable. Yet there are a lot of applications where nature solves a problem in such an elegant way. Can we replicate some of that if we can understand how to put things together with cells?”
The key to the bio-bots’ locomotion is asymmetry. Resembling a tiny springboard, each bot has one long, thin leg resting on a stout supporting leg. The thin leg is covered with rat cardiac cells. When the heart cells beat, the long leg pulses, propelling the bio-bot forward.
The team uses a 3-D printing method common in rapid prototyping to make the main body of the bot from hydrogel, a soft gelatin-like polymer. This approach allowed the researchers to explore various conformations and adjust their design for maximum speed. The ease of quickly altering design also will allow them to build and test other configurations with an eye toward potential applications.
For example, Bashir envisions the bio-bots being used for drug screening or chemical analysis, since the bots’ motion can indicate how the cells are responding to the environment. By integrating cells that respond to certain stimuli, such as chemical gradients, the bio-bots could be used as sensors.
“Our goal is to see if we can get this thing to move toward chemical gradients, so we could eventually design something that can look for a specific toxin and then try to neutralize it,” said Bashir, who also is a professor of electrical and computer engineering, and of bioengineering. “Now you can think about a sensor that’s moving and constantly sampling and doing something useful, in medicine and the environment. The applications could be many, depending on what cell types we use and where we want to go with it.”
Next, the team will work to enhance control and function, such as integrating neurons to direct motion or cells that respond to light. They are also working on creating robots of different shapes, different numbers of legs, and robots that could climb slopes or steps.
“The idea here is that you can do it by forward-engineering,” said Bashir, who is the director of the Micro and Nanotechnology Laboratory. “We have the design rules to make these millimeter-scale shapes and different physical architectures, which hasn’t been done with this level of control. What we want to do now is add more functionality to it.”
“I think we are just beginning to scratch the surface in this regard,” said graduate student Vincent Chan, first author of the paper. “That is what’s so exciting about this technology – to be able to exploit some of nature’s unique capabilities and utilize it for other beneficial purposes or functions.”
The National Science Foundation supported this work through a Science and Technology Center (Emergent Behavior of Integrated Cellular Systems).
Graduate student Mitchell Collens, postdoctoral researcher Kidong Park, chemical and biological engineering professor Hyunjoon Kong, and mechanical science and engineering professor Taher Saif were co-authors of the paper. Bashir also is affiliated with the Frederick Seitz Materials Research Laboratory and the Institute for Genomic Biology at the U. of I.
Editor’s notes: To reach Rashid Bashir, call 217-333-3097; email rbashir@illinois.edu.
The paper, “Development of miniaturized walking biological machines,” is available online:
http://www.nature.com/srep/2012/121115/srep00857/full/srep00857.html
Liz Ahlberg | Quelle: University of Illinois
Weitere Informationen: www.illinois.edu
Weitere Berichte zu: 3-D image > cell type > heart cells > Illinois River Watershed > methanol fuel cells > Power Plant Technology > Science TV > Walking
Damenwahl: Grazer ZoologInnen erforschen, was bei Grillen-Weibchen gut ankommt
23.05.2013 | Karl-Franzens-Universität Graz
Fütterung bis ins Jugendalter: Fledermaus-Mütter vermitteln akustische Echobilder und Tischmanieren
23.05.2013 | Universität Ulm
Die Erderwärmung geht weiter, auch wenn die schlimmsten Prognosen weniger wahrscheinlich werden
Die Erderwärmung stellt Klimaforscher immer wieder vor Rätsel, aber eines steht so gut wie fest: In den nächsten Jahrzehnten wird sich die Durchschnittstemperatur auf der Erde weiter erhöhen, auch wenn sie in den Jahren von 2001 bis 2010 deutlich langsamer gestiegen ist als im Jahrzehnt zuvor.
Das belegt die neue ...
Eine neue Methode kann links- und rechtshändige Moleküle zuverlässig unterscheiden
Die Chemie des Lebens kennt rechtshändige und linkshändige Moleküle, die ganz unterschiedliche Wirkung haben können. Ein amerikanisch-deutsches Forscherteam hat jetzt eine neue Technik entwickelt, mit der sich diese beiden spiegelbildlichen Varianten eines Stoffs zuverlässig auseinanderhalten lassen.
Die Methode erkennt die sogenannten Enantiomere einer Verbindung im Prinzip sogar in Stoffgemischen. Die Technik ...
Simulationen erlauben erstmals Einblicke in die Kristallisation winziger Wassertropfen
Wasser, das zu Eis gefriert, ist Physik im Alltag, aber auch Wissenschaftler lernen darüber immer wieder Neues. So lässt sich erst jetzt auch im Nanometer-Bereich untersuchen, wann dieser Kristallisationsprozess beginnt und wie schnell er bei verschiedenen Temperaturen und Wassertropfen unterschiedlicher Größe verläuft.
Denn Forscher des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung in Mainz ...
Neuartige Produktionstechnologie ermöglicht höhere Wirkungsgrade
In einem ambitionierten Industrieprojekt mit der französischen Firma SOITEC arbeitet das Fraunhofer ISE gegenwärtig an einer neuen Generation von Mehrfach-Solarzellen, die das Potenzial haben in Zukunft Wirkungsgrade bis zu 50 % unter konzentriertem Sonnenlicht zu erreichen.
Hierzu werden anstelle der bisher gängigen Dreifach-Solarzellen, die aus Halbleitermaterialien der Gruppen III und ...
Fraunhofer SCAI zeigt aktuelle Software und Dienstleistungen auf der Messe »transport logistic« in München.
Zur Messe »transport logistic« in München präsentiert das Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI seine Software-Lösungen und Dienstleistungen auf dem Gebiet der Optimierung. Mit dabei ist die jüngste Version der Software PackAssistant, die weltweit von Unternehmen erfolgreich für die 3D-Verpackungsplanung eingesetzt wird.
PackAssistant berechnet die optimierte Befüllung von Behältern ...
Anzeige
Anzeige

Alzheimer: Mit 3D-Chip der Krankheit auf der Spur
23.05.2013 | Medizintechnik
Damenwahl: Grazer ZoologInnen erforschen, was bei Grillen-Weibchen gut ankommt
23.05.2013 | Biowissenschaften Chemie
23.05.2013 | Physik Astronomie
12. Heilbronner Strategie & Controlling Forum: Strategien und Steuerung von Unternehmen
23.05.2013 | Veranstaltungsnachrichten
Veranstaltungen in Leipzig stärken den Unternehmergeist
23.05.2013 | Veranstaltungsnachrichten
Optimierte Logistik senkt Kosten in der Windenergie
23.05.2013 | Veranstaltungsnachrichten