$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Les robots mous modernes de pointe peuvent imiter les structures hiérarchiques et la dynamique musculaire de beaucoup d’organismes vivants, tels que la méduse1,2, rayon de piqûre2, poulpe3, bactéries4, et le sperme5. Imiter la dynamique et l’architecture des systèmes naturels offre des performances plus élevées en termes d’efficacité énergétique et structurelle6. Ceci est intrinsèquement lié à la nature molle des tissus naturels (p. ex., tissu cutané ou musculaire avec un modulus de Young entre 104et 109 Pa) qui permet des degrés plus élevés de liberté et de déformation supérieure et d’adaptabilité par rapport aux actionneurs standard (par exemple, un modulus de Young habituellement entre 109et 1012 Pa)6. Les actionneurs à base de muscle cardiaque, en particulier, montrent une efficacité énergétique supérieure en raison de leur auto-actionnement ainsi que leur potentiel d’autoréparation et de régénération par rapport à un système robotique à base mécanique7. Cependant, la fabrication de robots mous est difficile en raison de la nécessité d’intégrer différents composants avec différentes propriétés physiques, biologiques et mécaniques dans le système unique. Par exemple, les systèmes synthétiques conçus doivent être intégrés aux systèmes biologiques vivants, non seulement en leur fournissant un soutien structurel, mais aussi en influençant et en modulant leur comportement d’actionnement. En outre, de nombreuses méthodes de microfabrication nécessitent des processus durs/cytotoxiques et des produits chimiques qui diminuent la viabilité et la fonction de tous les composants vivants. Par conséquent, de nouvelles approches sont nécessaires pour améliorer la fonctionnalité des robots mous et pour contrôler et moduler leur comportement.
Pour intégrer avec succès des composants vivants avec une bonne viabilité, un échafaudage à base d’hydrogel est un excellent matériau pour créer le corps d’un robot doux. Les propriétés physiques et mécaniques d’un hydrogel peuvent facilement être réglées pour créer des microenvironnements pour les composants vivants tels que les tissus musculaires8,9. En outre, il peut facilement adopter diverses techniques de microfabrication, résultant en la création de structures hiérarchiques avec haute fidélité1,2,10. Des appareils électroniques flexibles peuvent être incorporés dans le robot souple pour contrôler son comportement avec la stimulation électrique. Par exemple, des techniques optogénétiques pour concevoir des cellules électrogéniques (p. ex., des cardiomyocytes), qui montrent une activation électrophysiologique dépendante de la lumière, ont été utilisées pour développer un rayon de piqûre robotique douce à base de polydiméthylsiloxane (PDMS) guidé par la lumière qui a pu recréer le mouvement ondulatoire du poisson in vitro2. Bien que les techniques optogénétiques aient montré une excellente maniabilité, le travail présenté utilise la stimulation électrique, une méthode de simulation conventionnelle et traditionnelle. C’est parce que la stimulation électrique par l’intermédiaire de microélectrodes flexibles est facile et simple comparée aux techniques optogénétiques, qui exigent des processus étendus de développement11. L’utilisation d’appareils électroniques flexibles peut permettre une stimulation à long terme et des procédés de fabrication standard/simples ainsi que des biocompatibilités et des propriétés physiques et mécaniques12,13.
Ici, nous présentons une méthode innovante pour fabriquer un robot doux bioinspiré, actionné par le battement du tissu musculaire cardiaque d’ingénierie et contrôlé par la stimulation électrique par des microélectrodes Flexibles intégrées Au. Le robot doux est conçu pour imiter la structure musculaire et cartilagineuse du rayon piqueur. Le raies piqueurs est un organisme dont la structure et le mouvement sont relativement faciles à imiter par rapport à d’autres espèces nageant. Les muscles sont recréés in vitro par l’ensemencement de cardiomyocytes sur un micromotif hydrogel électriquement conducteur. Comme indiqué précédemment, l’incorporation de nanoparticules conductrices électriques telles que le CNT dans l’hydrogel GelMA améliore non seulement le couplage électrique du tissu cardiaque, mais induit également une excellente architecture et arrangement tissu l’in vitro8,9. Les joints de cartilage sont alors imités à l’aide d’un motif hydrogel PEGDA mécaniquement robuste qui agit comme le substrat mécaniquement robuste de l’ensemble du système. Les microélectrodes Flexibles Au avec un modèle serpentin sont incorporées dans le modèle PEGDA pour stimuler localement et électriquement le tissu cardiaque.