Версия для слабовидящих
Бионическая инженерия: первые ростки Печать Email
Новости об инновациях
01.03.2016

Когда-то давно, когда деревья были большими, трава — зеленее, а слово “биоинженерия” ещё не придумали, мне очень хотелось стать биоинженером, когда вырасту. Но это слово лично для меня тогда обозначало что-то на стыке биологии, электроники и механики, результатом же должны были быть разнообразные устройства, сочетающие в себе живые (или уже мёртвые) биологические структуры и электрические схемы управления.

Применения этой воображаемой технологии находились везде. Например, вырастить дом из сплетённых деревьев при должном терпении можно и сейчас, а вот заставить раздвигаться дверь из живых веток по голосу хозяина — это уже не так просто. Думаю, вы все видели концепт гибкого смартфона, который шевелится благодаря сплаву с эффектом запоминания формы — ничто не мешает внедрить что-то подобное на этапе роста в растение и потом заставить его двигаться по своему усмотрению. Можно научить плетёную мебель подстраиваться под позу сидящего; использовать живые комнатные растения для контроля и автоматической корректировки условий среды в помещении; создавать живые футляры для документов, открывающиеся в ответ на строго определённые условия среды, специфические раздражители или просто через заданный срок. Но какое отношение это всё имеет к реальной, современной биотехнологии и биоинженерии?

Сейчас на слуху у всех, следящих за новостями науки, биомедицинские технологии и генная инженерия. Микроорганизмы с заранее заданными свойствами для получения специфических веществ. Использование бактерий для построения биологического компьютера. Управляемые мозгом протезы, превращающие людей в киборгов из фантастических книжек. Лекарственные вещества, по сути являющиеся нанороботами, вроде биспецифических антител, “приковывающих” Т-киллер к заражённой клетке… И никаких вам танцующих цветов. Или постойте-ка?..

Бионический климат-контроль в составе «умного дома».

На самом деле любезная мне научная область становится всё реальнее с изобретением органической (пластиковой) электроники в двухтысячном году. Она движется семимильными шагами, пробуя “на зубок” разные области традиционной электроники. Этой осенью, наконец, первые проводники из полимера PEDOT проросли в живом организме (розе), создав законченную электрическую схему, меняющую в зависимости от напряжения цвет листьев с зелёного на сине-зелёный. Здесь уже была об этом статья, хотя и не слишком развёрнутая (а вот и сам первоисточник).

Вот так полимерный “провод” встраивается в сосуды растения.

Перспективы технологии впечатляют: дистанционная «прослушка» сельскохозяйственных растений; живые сенсоры; прямой съём электричества, которое образуется в процессе фотосинтеза, без повреждения самих растений; разнообразные медицинские устройства для диагностики и лечения болезней…

Несколько больше существует примеров “частичного” использования растений в технике, например, встраивание клеточных мембран в электронные устройства для создания сенсоров или создание искусственных мышц на основе высушенной луковой шелухи.

Щипчики из “луковых” искусственных мышц. С помощью сушки после заморозки исследователи убрали воду, затем поместили пленку в раствор серной кислоты, чтобы сделать ее более эластичной. После этого покрыли слоем золота и прикрепили электрод. Возможно, скоро это решение будет испробовано в “гибкой” робототехнике.

Внедрение искусственных органов, создание искусственных тканей, чипы в мозгу крыс и в человеческом теле уже стали обыденной реальностью, а меняющие цвет листья цветка — экзотика. Между появлением электропроводного пластика и попыткой как-то применить его к растению прошло 15 лет, в технике PEDOT как только не используют уже, а тут такое отставание. Почему же киборгизация животных — казалось бы, более сложных организмов — настолько опережает киборгизацию растений? Здесь сошлись сразу несколько факторов.

Двигателем бионики и биотехнологии в животном царстве стала медицина. Эта индустрия может позволить себе даже неокупающиеся исследования. К тому же, можно работать с одним видом существ, а потом перенести (хотя и не всегда, естественно) эти результаты на другой. К тому же, знания о метаболизме человека и экспериментальных животных накапливаются десятилетиями, а некоторые — и столетиями, в растениях же обычно важен не процесс, а результат, и информация собирается в основном о фенотипе и плодах в частности.

Команда Biomechatronics Group из MIT Media Lab изучает работу мышц для управления протезами.

Медленный метаболизм и долгий рост растений затягивают эксперименты на месяцы и годы: Мендель когда-то, например, потратил всю жизнь на одну-единственную работу, и это он за однолетним горошком наблюдал, а не за дубом, который начинает плодоносить лет в пятьдесят. Темпы современной жизни делают эксперименты с растениями гораздо менее популярными и привлекательными для исследователей, втянутых в “гонку публикаций”.

Долгое время мне тогда не давала покою идея музыкального инструмента, деревянный резонатор которого заставляют звучать проводники тока в некоторых его сосудах. Свойства такого инструмента менялись бы в ходе его жизненного цикла, и только после смерти и высыхания дерева он обретал бы законченный звуковой портрет. Несомненно, выращивание поющих деревьев стало бы искусством не менее тонким и разносторонним, чем бонсаи, и некоторые садовники тратили бы десятки лет на создание особо необычных инструментов, которые потом называли бы их именем, как скрипки Страдивари… Например, таким уникальным явлением могла бы стать часовня-орган, сочетающая в себе свойства здания, растения и музыкального инструмента. Но массовым производством здесь не пахнет, а то, что нельзя произвести и продать массово, просто не получит грантов на развитие в наш век прикладной науки.

Ещё одна проблема — отсутствие разработанных универсальных методов “неубивающего вмешательства”. Не все растения позволяют даже банальную прививку, каждому виду свойственны свои физиологические процессы и процедуры, которые он может выдержать. Но разработка какой-нибудь технологии для ели, если её нельзя применить на абрикосе — это тупиковый путь, он рационален только на этапе конечного внедрения уже работающей идеи. Удивительно, но формирование обычной древесины было изучено на живых растениях только в 2015 году, и для этого учёным пришлось генетически сконструировать и вырастить “растения наизнанку”, у которых в поверхностном слое клеток начала формироваться вторичная клеточная стенка — основной компонент древесины — которая обычно является самым внутренним слоем клеточной стенки.

Схема строения оболочек обычной, не вывернутой растительной клетки.

Идея “проращивания”, а не “вшивания” электроники, более органичная для растений, наталкивается на индивидуальность строения организма, ведь геном — это не форма для отливки идентичных копий, а скорее, написанная в стихах инструкция по изготовлению. Соответственно, каждый “выращенный” образец устройства тоже будет индивидуален, а это уже скорее искусство, чем наука, и требует иных подходов и другого склада ума.

В общем, лавинообразного роста изобретения и использования растительных бионических устройств пока ничто не предвещает. Но первые кибер-ростки уже есть, отсталые области науки понемногу подтягиваются к общей массе, и я радуюсь каждой крупице информации по этой теме.

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/articles/2016/bionicheskaya-inzheneriya-pervye-rostki

 
Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта