MT Holley נתמך על ידי תוכנית עמיתי בוגרים של מועצת לואיזיאנה של Regents ו C. Danielson נתמך על ידי הווארד יוז מכון רפואי הפרופסורים התוכנית. מחקר זה נתמך על ידי NSF גרנט No: 1530884. המחברים מבקשים להודות לתמיכה של cleanroom במרכז עבור מתקדם Microstructures והתקנים (CAMD).

<ol><li>Williams, B., Anand, S., Rajagopalan, J., Saif, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+self-propelled+biohybrid+swimmer+at+low+Reynolds+number%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+commun%22%5BJournal%5D)">A self-propelled biohybrid swimmer at low Reynolds number.</a> Nat commun. 5, (2014).</li>
<li>Nawroth, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+tissue-engineered+jellyfish+with+biomimetic+propulsion%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">A tissue-engineered jellyfish with biomimetic propulsion.</a> Nat Biotechnol. 30 (8), 729-797 (2012).</li>
<li>Huge Herr,, D, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+swimming+Robot+Actuated+by+Living+Muscle+Tissue%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neuroeng.+Rehabil%22%5BJournal%5D)">A swimming Robot Actuated by Living Muscle Tissue.</a> J Neuroeng. Rehabil. 1, (2004).</li>
<li>Park, S., al, el <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phototactic+guidance+of+a+tissue-engineered+soft-robotic+ray%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Phototactic guidance of a tissue-engineered soft-robotic ray.</a> Science. 353 (6295), 158-162 (2016).</li>
<li>Chan, V., Park, K., Colleens, M., Kong, H., Saif, T., Bashir, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+miniaturized+walking+biological+machines%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Development of miniaturized walking biological machines.</a> Sci. Rep. 2, 857(2012).</li>
<li>Cvetkovic, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensionally+printed+biological+machines+powered+by+skeletal+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Three-dimensionally printed biological machines powered by skeletal muscle.</a> PNAS. 111, 10125-10130 (2014).</li>
<li>Xi, J., Scmidt, J., Montemagno, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembled+microdevices+driven+by+muscle%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Self-assembled microdevices driven by muscle.</a> Nat. Mater. 4, 180-184 (2005).</li>
<li>Kim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Establishment+of+a+fabrication+method+for+a+long-term+actuated+hybrid+cell+robot%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Establishment of a fabrication method for a long-term actuated hybrid cell robot.</a> Lab Chip. 7, 1504-1508 (2007).</li>
<li>Tanaka, Y., Sato, K., Shimizu, T., Yamato, M., Okano, T., Kitamori, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+micro-spherical+heart+pump+powered+by+cultured+cardiomyocytes%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">A micro-spherical heart pump powered by cultured cardiomyocytes.</a> Lab Chip. 7, 207-212 (2007).</li>
<li>Park, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micro+pumping+with+cardiomyocyte-polymer+hybrid%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Micro pumping with cardiomyocyte-polymer hybrid.</a> Lab Chip. 7, 1367-1370 (2007).</li>
<li>Akiyama, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atmospheric-operable+bioactuator+powered+by+insect+muscle+packaged+with+medium%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Atmospheric-operable bioactuator powered by insect muscle packaged with medium.</a> Lab Chip. 13, 4870-4880 (2013).</li>
<li>Kabumoto, K., Hoshino, T., Akiyama, Y., Morishima, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Voluntary+movement+controlled+by+the+surface+EMG+signal+for+tissue-engineered+skeletal+muscle+on+a+gripping+tool%5BTitle%5D)+AND+%22Tissue+Eng.+Part+A%22%5BJournal%5D)">Voluntary movement controlled by the surface EMG signal for tissue-engineered skeletal muscle on a gripping tool.</a> Tissue Eng. Part A. 19, 1695-1703 (2013).</li>
<li>Feinberg, A., Feigel, A., Shevkoplyas, S., Sheehy, S., Whitesides, G., Parker, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Muscular+thin+films+for+building+actuators+and+powering+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Muscular thin films for building actuators and powering devices.</a> Science. 317 (5843), 1366-1370 (2007).</li>
<li>Vannozi, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembly+of+polydimethylsiloxane+structures+from+2D+to+3D+for+bio-hybrid+actuation%5BTitle%5D)+AND+%22Bioinspiration+Biomimetics%22%5BJournal%5D)">Self-assembly of polydimethylsiloxane structures from 2D to 3D for bio-hybrid actuation.</a> Bioinspiration Biomimetics. 10 (5), (2015).</li>
<li>Holley, M. T., Nagarajan, N., Danielson, C., Zorlutuna, P., Park, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+and+characterization+of+muscle-based+actuators+for+self-stabilizing+swimming+biorobots%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+Chip%22%5BJournal%5D)">Development and characterization of muscle-based actuators for self-stabilizing swimming biorobots.</a> Lab Chip. 16, 3473-3484 (2016).</li>
<li>Sfakiotakis, M., Lane, D., Davies, J. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/757275/">Review of fish swimming modes for aquatic locomotion.</a> IEEE J. Oceanic Eng. 24, 237-252 (1999).</li>
<li>McCain, M., Agarwal, A., Hesmith, H., Nesmith, A., Parker, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Micromolded+gelatin+hydrogels+for+extended+culture+of+engineered+cardiac+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Biomaterials%22%5BJournal%5D)">Micromolded gelatin hydrogels for extended culture of engineered cardiac tissues.</a> Biomaterials. 35 (21), 5462-5471 (2014).</li>
</ol>

למחברים אין מה לגלות

ניתן למצוא מנגנוני תנועה שונים בקרב השחיינים הימיים. מנגנון התנועה של biorobot במחקר זה משתמש בתנועה מבוסס סנפיר, במיוחד תנועה ostraciiform. שחיינים אוסטראציפיים דוחפים את עצמם על ידי מכשכש בזנב (שלוחה) ויש להם גוף נוקשה (בסיס שכבות) 16 . דגים כגון boxfish ו cowfish להשתמש ב...

ביולוגים actuators ו biorobots נלמדים באופן פעיל כדי לספק חלופה קונבנציונאלי רובוטיקה עבור יישומים רבים. Biorobots ללכת 5 , 6 , 7 , 8 , לשחות 1 , 2 , 3 , 4 , משאבה 9 , 10 , או אחיזה 11 , 12 , 13 כבר פותחו. באופן דומה, תאי שריר יכול להיות משולב לתוך מבנה 3D התגלגל PDMS 14 . לעתים קרובות, עמוד השדרה biorobot הם מפוברקות באמצעות טכניקות ליתוגרפיה רכה עם חומרים כגון הידרוגים PDMS (polydimethylsiloxane). אלה הן אפשרויות אטרקטיביות בגלל הגמישות שלהם, biocompatibIlity, וקשיחות מתכווננת בקלות. תאים שרירים חיים משולבים בדרך כלל עם חומרים אלה כדי לספק כוח בכוח באמצעות התכווצות. תאי שריר הלב יונקים (cardiomyocytes) ותאי שריר השלד יש דומיננטית שימש actuation. מלבד אלה שני, רקמות שריר חרקים שימשו לפעול biorobots בטמפרטורת החדר 3 . במחקר זה שני חלקים, Cardiomyocytes נבחרו בגלל התכווצות ספונטנית שלהם 6 . הרבה מחקרים קודמים על biorobots התמקדה בפיתוח המפעילים הביולוגיים תוך אופטימיזציה של הארכיטקטורה biorobot ופיתוח של פונקציות חיוניות עבור biorobots הוזנחו במידה רבה. לאחרונה, כמה דוחות הוכיחו את יישום של מצבי שחייה שונים אשר בהשראת מצבי הנעה נמצא בטבע. שיטות אלה משלבות סרטים PDMS ותאי שריר לחקות שיטות הנעה טבעיות שונות. לדוגמה, הנעה מבוסס flagella 1 , הנעה מדוזה biomimetic 2 , ביו היברידי ריי 4 , ו סרט דק PDMS שחייה התקנים 13 דווחו. במאמר זה, אנו מציגים את תהליך ייצור של biorobots עצמית מייצב שחייה אשר יכול לשמור על עומק טבילה, כמו גם נפילה לגלגל. ביורובוט יש בסיס מוצק או גוף, אשר מונע על ידי יחידה אחת עם cardiomyocytes מחוברת על פני השטח שלה. Cardiomyocytes לגרום שלוחה להתכופף בכיוון האורך כאשר הם מתכווצים. צורה זו של שחייה מסווגת כמו שחייה ostraciiform. היכולת להוסיף פונקציות נוספות על הבסיס היא יתרון ייחודי של שחייה ostraciiform. לדוגמה, הבסיס יכול להיות מנוצל כדי לספק עודף ציפה לשאת מטען נוסף או מעגל שליטה על התכווצות cardiomyocyte. יַצִיבוּתשל biorobot היה לעתים קרובות התעלמו מחקרים קודמים של biorobots. במחקר זה, יישמנו את הייצוב העצמי על ידי תכנון הבסיס עם חומרים שונים PDMS מרוכבים של צפיפות המונית משתנה. ביורובוט ובכך מציג התנגדות להפרעות חיצוניות ושומרת על עומק הטבילה שלה, גובה המגרש וגלגול, ללא עזרה. השכבה הראשונה היא PDMS microballoon (MB-PDMS), כלומר PDMS מעורבב עם microballoons, אשר מוריד את הצפיפות של biorobot, מה שמאפשר לו לצוף בתקשורת. השכבה השנייה היא שלוחה PDMS, ועובי שלה מותאם כך כוח שנוצר על ידי cardiomyocytes יכול באופן דרמטי לכופף את שלוחה מ 45 ° ל 90 °. השכבה התחתונה היא ניקל PDMS (Ni-PDMS), כלומר PDMS מעורבב עם אבקת ניקל. שכבה זו מבצעת מספר פונקציות. הוא מגנטי, ולכן מאפשר biorobot להיות מעוגן בתחתית המדיום, במהלך זריעת תאים, עם מגנט. תערובת ניקל הוא של צפיפות גבוהה יותר מאשר MB-PDMS ובינוני, ולוודא עמדה זקופה של biorobot בזמן צף. המשקל של שכבה זו מייצר מומנט שחזור על biorobot בכל המגרש אנד רול. כמו כן, יחס עוצמת הקול בין ה- Ni-PDMS לבין ה- MB-PDMS שומר על עומק הטבילה. הפרוטוקולים שהוצגו יהיה שימושי מאוד לחוקרים המעוניינים לאפיין את כוח המכות של תאי שריר ורקמות, כמו גם אלה שרוצים לבנות biorobots שחייה. זריעה של actuator ביולוגי פונקציונלי התקני biorobot, אפיון מכני וביוכימי של התאים, ואת הניתוח הכמותי של פונקציית המכשיר מתוארים בפירוט בחלק 2 של מאמר זה שני חלקים, כמו גם את העבודה האחרונה 15 .

<table><tbody><tr><td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td><td>Dow Corning</td><td>184 sil elast kit&amp;nbsp; 0.5kg</td><td>Sylgard 184</td></tr><tr><td>Nickel Powder</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>266981-100G</td><td></td></tr><tr><td>Phenolic microballoons</td><td>US Composites</td><td>BJO-0930</td><td></td></tr><tr><td>Silicon wafers</td><td></td><td></td><td>4 inch diameter</td></tr><tr><td>PWM101 light-duty spinner</td><td></td><td></td><td>Spin- coater</td></tr><tr><td>Positive photoresist (S1808)</td><td>Dow Corning</td><td>DEM-10018197</td><td></td></tr><tr><td>Hotplate</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vacuum chamber</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>M206 mechanical convection oven</td><td></td><td></td><td>Convection oven</td></tr><tr><td>Laser engraver</td><td>Universal Laser System</td><td>VLS2.30</td><td>Utilizes a 10 W, 10.6 &amp;micro;m wavelength, CO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; Laser</td></tr><tr><td>Universal Laser Systems Application</td><td>Universal Laser System</td><td></td><td>Application for running the VLS 2.30</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>MathWorks</td><td></td><td>Numerical analysis program</td></tr><tr><td>Scotch Tape</td><td>Scotch Brand</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Solid-glass beads</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z265926-1EA</td><td>Soda-lime glass, diameter 3 mm</td></tr><tr><td>Scale</td><td>Mettler Toledo</td><td>EL303</td><td></td></tr><tr><td>BD-20AC Laboratory Corona Treater</td><td>Electrotechnic Products</td><td>12051A</td><td>Corona Discharger</td></tr><tr><td>Ultrasonic Bath 1.9 L</td><td>Fisher Scientific</td><td>15-337-402</td><td>40 kHz industrial transducer</td></tr><tr><td>Fibronectin from bovine plasma</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F1141</td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco&amp;rsquo;s Phosphate Buffer (PBS)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D1408-100ML</td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco&amp;rsquo;s Modified Eagle Medium (DMEM)</td><td>Hyclone Laboratories</td><td>16750-074</td><td>With 4500 mg/L glucose, 4.0 mM L-glutamine, and 110 mg/L sodium pyruvate.</td></tr><tr><td>Fetalclone III serum</td><td>Hyclone Industries, GE</td><td>16777-240</td><td>Fetal bovine serum</td></tr><tr><td>Penicillin-G sodium salt</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P3032</td><td></td></tr></tbody></table>

cardiac muscle-cell based actuator and self-stabilizing biorobot - part 1

מכונות ביולוגיות המכונה לעתים קרובות biorobots, הם חיים תאים או מבוססי רקמות התקנים המופעלים אך ורק על ידי פעילות קונקרטית של מרכיבים חיים. בשל היתרונות הגלומים בהם, biorobots הם צובר עניין כחלופות רובוטים מלאכותיים מסורתיים מלא. מחקרים שונים התמקדו ברתמת כוחם של המפעילים הביולוגיים, אך רק לאחרונה מחקרים איפיינו כמותית את הביצועים של biorobots ולמדו הגיאומטריה שלהם כדי לשפר את הפונקציונליות ואת היעילות. כאן, אנו מדגימים את הפיתוח של ביורובוט שחייה עצמית המייצב כי יכול לשמור על המגרש, עומק, רול ללא התערבות חיצונית. העיצוב ואת ייצור של פיגום PDMS עבור actuator ביולוגי biorobot ואחריו פונקציונליזציה עם fibronectin מתואר בחלק זה הראשון. בחלק השני של מאמר זה שני חלקים, אנו מפרטים את שילוב של cardiomyocytes ולאפיין את actu הביולוגיAtor ו biorobot פונקציה. שניהם לשלב בסיס וזנב (שלוחה) אשר מייצרים הנעה מבוסס סנפיר. הזנב בנוי עם טכניקות ליתוגרפיה רך באמצעות תחריט PDMS לייזר. לאחר שילוב הזנב עם בסיס המכשיר, הוא functionalized עם חלבון דבק תא ו seeded confluently עם cardiomyocytes. הבסיס של actuator ביולוגי מורכב בלוק PDMS מוצק עם חרוז זכוכית מרכזי (מעשים כמו משקל). הבסיס של biorobot מורכב משני חומרים PDMS מורכבים, Ni-PDMS ו microballoon-PDMS (MB-PDMS). אבקת ניקל (ב Ni-PDMS) מאפשר שליטה מגנטית של biorobot במהלך זריעת תאים ויציבות במהלך תנועה. Microballoons (ב MB-PDMS) להקטין את הצפיפות של MB-PDMS, ולאפשר את biorobot לצוף ולשחות בהתמדה. השימוש בשני חומרים אלה עם צפיפות המונית שונים, אפשר שליטה מדויקת על חלוקת משקל כדי להבטיח כוח שחזור חיובי בכל זווית של biorobot. טכניקה זומייצרת ביורובוט שחייה ביציבות עצמית מגנטית.

מפעיל ביולוגי biorobot יש תהליכי ייצור דומים מאוד, כמו biorobot הוא הרחבה טבעית של actuator ביולוגי ( איור 1 ). המפעיל הביולוגי פותח תחילה כדי ליצור טכניקות הנדרשות לביורובוט, לנתח את הכוח שנוצר על ידי התאים, ולאפיין את התבגרות התאים באופן מכני וביוכימי, ...

Watch this Scientific Journal Video about Cardiac Muscle-cell Based Actuator and Self-stabilizing Biorobot - PART 1 at JoVE.com

Cardiac Muscle-cell Based Actuator and Self-stabilizing Biorobot - PART 1

במחקר זה שני חלקים, actuator ביולוגי פותחה באמצעות polylyimethylsiloxane גמישים (PDMS) cantilevers ותאי שריר חיים (cardiomyocytes), ומאופיינת. המפעיל הביולוגי שולב עם בסיס עשוי מחומרים PDMS שונה לבנות עצמית מייצב, שחייה biorobot.

תא שריר לב מבוסס מפעיל ומייצב עצמי ביורובוט - חלק 1

Biological machines often referred to as biorobots, are living cell- or tissue-based devices that are powered solely by the contractile activity of living ...

cardiac-muscle-cell-based-actuator-self-stabilizing-biorobot-part

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.1K Views.  Louisiana State University.  במחקר זה שני חלקים, actuator ביולוגי פותחה באמצעות polylyimethylsiloxane גמישים (PDMS) cantilevers ותאי שריר חיים (cardiomyocytes), ומאופיינת. המפעיל הביולוגי שולב עם בסיס עשוי מחומרים PDMS שונה לבנות עצמית מייצב, שחייה biorobot. 

Video: Cardiac Muscle-cell Based Actuator and Self-stabilizing Biorobot - PART 1

An Experimental Platform to Study the Closed-loop Performance of Brain-machine Interfaces

The non-stationary nature and variability of neuronal signals is a fundamental problem in brain-machine interfacing. We developed a brain-machine interface to assess the robustness of different control-laws applied to a closed-loop image stabilization task. Taking advantage of the well-characterized fly visuomotor pathway we record the electrical activity from an identified, motion-sensitive neuron, H1, to control the yaw rotation of a two-wheeled robot. The robot is equipped with 2 high-speed video cameras providing visual motion input to a fly placed in front of 2 CRT computer monitors. The activity of the H1 neuron indicates the direction and relative speed of the robot's rotation. The neural activity is filtered and fed back into the steering system of the robot by means of proportional and proportional/adaptive control. Our goal is to test and optimize the performance of various control laws under closed-loop conditions for a broader application also in other brain machine interfaces.

We use a closed-loop fly-machine interface to investigate general principles in neuronal control.

פלטפורמה ניסויית לחקר ביצועים לולאה סגורה של המוח מכונת ממשקים

The non-stationary nature and variability of neuronal signals is a fundamental problem in brain-machine interfacing. We developed a brain-machine ...

Neuroscience

Design and Fabrication of an Elastomeric Unit for Soft Modular Robots in Minimally Invasive Surgery

In recent years, soft robotics technologies have aroused increasing interest in the medical field due to their intrinsically safe interaction in unstructured environments. At the same time, new procedures and techniques have been developed to reduce the invasiveness of surgical operations. Minimally Invasive Surgery (MIS) has been successfully employed for abdominal interventions, however standard MIS procedures are mainly based on rigid or semi-rigid tools that limit the dexterity of the clinician. This paper presents a soft and high dexterous manipulator for MIS. The manipulator was inspired by the biological capabilities of the octopus arm, and is designed with a modular approach. Each module presents the same functional characteristics, thus achieving high dexterity and versatility when more modules are integrated. The paper details the design, fabrication process and the materials necessary for the development of a single unit, which is fabricated by casting silicone inside specific molds. The result consists in an elastomeric cylinder including three flexible pneumatic actuators that enable elongation and omni-directional bending of the unit. An external braided sheath improves the motion of the module. In the center of each module a granular jamming-based mechanism varies the stiffness of the structure during the tasks. Tests demonstrate that the module is able to bend up to 120&#176; and to elongate up to 66% of the initial length. The module generates a maximum force of 47 N, and its stiffness can increase up to 36%.

This paper describes the design and fabrication of a soft unit for surgical manipulators. The base module includes three flexible fluidic actuators to achieve omnidirectional bending and elongation, and a granular jamming-based mechanism to enable stiffness control. A complete mechanical characterization is also reported.

עיצוב וייצור של יחידת אלסטומרי לרובוטים מודולרי רך בכירורגיה פולשנית

In recent years, soft robotics technologies have aroused increasing interest in the medical field due to their intrinsically safe interaction in ...

Fabrication of Carbon-Based Ionic Electromechanically Active Soft Actuators

Ionic electromechanically active capacitive laminates are a type of smart material that move in response to electrical stimulation. Due to the soft, compliant and biomimetic nature of this deformation, actuators made of the laminate have received increasing interest in soft robotics and (bio)medical applications. However, methods to easily fabricate the active material in large (even industrial) quantities and with a high batch-to-batch and within-batch repeatability are needed to transfer the knowledge from laboratory to industry. This protocol describes a simple, industrially scalable and reproducible method for the fabrication of ionic carbon-based electromechanically active capacitive laminates and the preparation of actuators made thereof. The inclusion of a passive and chemically inert (insoluble) middle layer (e.g., a textile-reinforced polymer network or microporous Teflon) distinguishes the method from others. The protocol is divided into five steps: membrane preparation, electrode preparation, current collector attachment, cutting and shaping, and actuation. Following the protocol results in an active material that can, for example, compliantly grasp and hold a randomly shaped object as demonstrated in the article.

This article describes a fast and simple manufacturing process of ionic electromechanically active composite materials for actuators in biomedical, biomimetic and soft robotics applications. The key fabrication steps, their importance for the actuators&#39; final properties, and some of the main characterization techniques are described in detail.

הייצור של מפעיל פחמן מבוססי Electromechanically Active מפעילים רכים

Ionic electromechanically active capacitive laminates are a type of smart material that move in response to electrical stimulation. Due to the soft, ...

Engineering

Manufacturing, Control, and Performance Evaluation of a Gecko-Inspired Soft Robot

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with slopes of up to 84&#176;. The manufacturing method is valid for the fast pneunet bending actuators in general and might, therefore, be interesting for newcomers to the field of actuator manufacturing. The control of the robot is achieved by means of a pneumatic control box that can provide arbitrary pressures and can be built by only using purchased components, a laser cutter, and a soldering iron. For the walking performance of the robot, the pressure-angle calibration plays a crucial role. Therefore, a semi-automated method for the pressure-angle calibration is presented. At high inclines (&#62; 70&#176;), the robot can no longer reliably fix itself to the walking plane. Therefore, the gait pattern is modified to ensure that the feet can be fixed on the walking plane.

This protocol provides a detailed list of steps to be performed for the manufacturing, control and evaluation of the climbing performance of a gecko-inspired soft robot.

ייצור, בקרה והערכת ביצועים של רובוט רך בהשראת שממית

This protocol presents a method for manufacturing, control, and evaluation of the performance of a soft robot that can climb inclined flat surfaces with ...

Cardiac Muscle Cell-based Actuator and Self-stabilizing Biorobot - Part 2

In recent years, hybrid devices that consist of a living cell or tissue component integrated with a synthetic mechanical backbone have been developed. These devices, called biorobots, are powered solely by the force generated from the contractile activity of the living component and, due to their many inherent advantages, could be an alternative to conventional fully artificial robots. Here, we describe the methods to seed and characterize a biological actuator and a biorobot that was designed, fabricated, and functionalized in the first part of this two-part article. Fabricated biological actuator and biorobot devices composed of a polydimethylsiloxane (PDMS) base and a thin film cantilever were functionalized for cell attachment with fibronectin. Following functionalization, neonatal rat cardiomyocytes were seeded onto the PDMS cantilever arm at a high density, resulting in a confluent cell sheet. The devices were imaged every day and the movement of the cantilever arms was analyzed. On the second day after seeding, we observed the bending of the cantilever arms due to the forces exerted by the cells during spontaneous contractions. Upon quantitative analysis of the cantilever bending, a gradual increase in the surface stress exerted by the cells as they matured over time was observed. Likewise, we observed movement of the biorobot due to the actuation of the PDMS cantilever arm, which acted as a fin. Upon quantification of the swimming profiles of the devices, various propulsion modes were observed, which were influenced by the resting angle of the fin. The direction of motion and the beating frequency were also determined by the resting angle of the fin, and a maximum swim velocity of 142 &#181;m/s was observed. In this manuscript, we describe the procedure for populating the fabricated devices with cardiomyocytes, as well as for the assessment of the biological actuator and biorobot activity.

In this study, a biological actuator and a self-stabilizing, swimming biorobot with functionalized elastomeric cantilever arms are seeded with cardiomyocytes, cultured, and characterized for their biochemical and biomechanical properties over time.

שריר הלב מבוססי תא מפעיל ומייצב עצמי ביורובוט - חלק 2

In recent years, hybrid devices that consist of a living cell or tissue component integrated with a synthetic mechanical backbone have been developed. ...

מהפכה בשיקום שבץ מוחי עם אחיזה משופרת ושחזור אצבעות

A Flexible Wearable Supernumerary Robotic Limb for Chronic Stroke Patients

In this study, we present a flexible wearable supernumerary robotic limb that helps chronic stroke patients with finger rehabilitation and grasping movements. The design of this innovative limb draws inspiration from bending pneumatic muscles and the unique characteristics of an elephant's trunk tip. It places a strong emphasis on crucial factors such as lightweight construction, safety, compliance, waterproofing, and achieving a high output-to-weight/pressure ratio. The proposed structure enables the robotic limb to perform both envelope and fingertip grasping. Human-robot interaction is facilitated through a flexible bending sensor, detecting the wearer's finger movements and connecting them to motion control via a threshold segmentation method. Additionally, the system is portable for versatile daily use. To validate the effectiveness of this innovation, real-world experiments involving six chronic stroke patients and three healthy volunteers were conducted. The feedback received through questionnaires indicates that the designed mechanism holds immense promise in assisting chronic stroke patients with their daily grasping activities, potentially improving their quality of life and rehabilitation outcomes.

מחבר זרקור: שיפור יכולות אחיזה עבור חולים המיפלגיים עם גפיים רובוטיות גמישות 

This protocol introduces a flexible wearable supernumerary robotic limb tailored to assist in finger rehabilitation for stroke patients. The design incorporates a bending sensor to facilitate seamless human-robot interaction. Validation through experiments involving both healthy volunteers and stroke patients underscores the efficacy and dependability of the proposed study.

איבר רובוטי סופר-מספרי גמיש ולביש לחולי שבץ כרוני

In this study, we present a flexible wearable supernumerary robotic limb that helps chronic stroke patients with finger rehabilitation and grasping ...

Simultaneous Electrical and Mechanical Stimulation to Enhance Cells' Cardiomyogenic Potential

Cardiovascular diseases are the leading cause of death in developed countries. Consequently, the demand for effective cardiac cell therapies has motivated researchers in the stem cell and bioengineering fields to develop in vitro high-fidelity human myocardium for both basic research and clinical applications. However, the immature phenotype of cardiac cells is a limitation on obtaining tissues that functionally mimic the adult myocardium, which is mainly characterized by mechanical and electrical signals. Thus, the purpose of this protocol is to prepare and mature the target cell population through electromechanical stimulation, recapitulating physiological parameters. Cardiac tissue engineering is evolving toward more biological approaches, and strategies based on biophysical stimuli, thus, are gaining momentum. The device developed for this purpose is unique and allows individual or simultaneous electrical and mechanical stimulation, carefully characterized and validated. In addition, although the methodology has been optimized for this stimulator and a specific cell population, it can easily be adapted to other devices and cell lines. The results here offer evidence of the increased cardiac commitment of the cell population after electromechanical stimulation. Electromechanically stimulated cells show an increased expression of main cardiac markers, including early, structural, and calcium-regulating genes. This cell conditioning could be useful for further regenerative cell therapy, disease modeling, and high-throughput drug screening.

Here we present a protocol for training a cell population using electrical and mechanical stimuli emulating cardiac physiology. This electromechanical stimulation enhances the cardiomyogenic potential of the treated cells and is a promising strategy for further cell therapy, disease modeling, and drug screening.

גירויים חשמליים ומכניים בו זמנית כדי לשפר את פוטנציאל Cardiomyogenic של תאים

Cardiovascular diseases are the leading cause of death in developed countries. Consequently, the demand for effective cardiac cell therapies has motivated ...

Bioinspired Soft Robot with Incorporated Microelectrodes

Bioinspired soft robotic systems that mimic living organisms using engineered muscle tissue and biomaterials are revolutionizing the current biorobotics paradigm, especially in biomedical research. Recreating artificial life-like actuation dynamics is crucial for a soft-robotic system. However, the precise control and tuning of actuation behavior still represents one of the main challenges of modern soft robotic systems. This method describes a low-cost, highly scalable, and easy-to-use procedure to fabricate an electrically controllable soft robot with life-like movements that is activated and controlled by the contraction of cardiac muscle tissue on a micropatterned sting ray-like hydrogel scaffold. The use of soft photolithography methods makes it possible to successfully integrate multiple components in the soft robotic system, including micropatterned hydrogel-based scaffolds with carbon nanotubes (CNTs) embedded gelatin methacryloyl (CNT-GelMA), poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA), flexible gold (Au) microelectrodes, and cardiac muscle tissue. In particular, the hydrogels alignment and micropattern are designed to mimic the muscle and cartilage structure of the sting ray. The electrically conductive CNT-GelMA hydrogel acts as a cell scaffold that improves the maturation and contraction behavior of cardiomyocytes, while the mechanically robust PEGDA hydrogel provides structural cartilage-like support to the whole soft robot. To overcome the hard and brittle nature of metal-based microelectrodes, we designed a serpentine pattern that has high flexibility and can avoid hampering the beating dynamics of cardiomyocytes. The incorporated flexible Au microelectrodes provide electrical stimulation across the soft robot, making it easier to control the contraction behavior of cardiac tissue.

A bioinspired scaffold is fabricated by a soft photolithography technique using mechanically robust and electrically conductive hydrogels. The micropatterned hydrogels provide directional cardiomyocyte cell alignment, resulting in a tailored direction of actuation. Flexible microelectrodes are also integrated into the scaffold to bring electrical controllability for a self-actuating cardiac tissue.

ביוהשראת רובוט רך עם מיקרואלקטרודות משולבות

Bioinspired soft robotic systems that mimic living organisms using engineered muscle tissue and biomaterials are revolutionizing the current biorobotics ...

תא שריר לב מבוסס מפעיל ומייצב עצמי ביורובוט - חלק 1

Summary

Explore More Videos

פלטפורמה ניסויית לחקר ביצועים לולאה סגורה של המוח מכונת ממשקים

עיצוב וייצור של יחידת אלסטומרי לרובוטים מודולרי רך בכירורגיה פולשנית

הייצור של מפעיל פחמן מבוססי Electromechanically Active מפעילים רכים

ייצור, בקרה והערכת ביצועים של רובוט רך בהשראת שממית

שריר הלב מבוססי תא מפעיל ומייצב עצמי ביורובוט - חלק 2

איבר רובוטי סופר-מספרי גמיש ולביש לחולי שבץ כרוני

איבר רובוטי סופר-מספרי גמיש ולביש לחולי שבץ כרוני

איבר רובוטי סופר-מספרי גמיש ולביש לחולי שבץ כרוני

גירויים חשמליים ומכניים בו זמנית כדי לשפר את פוטנציאל Cardiomyogenic של תאים

ביוהשראת רובוט רך עם מיקרואלקטרודות משולבות