Popeye membuat bayam terkenal sebagai sayuran pembentuk otot. Tetapi suatu hari nanti sayuran bisa membuat Anda lebih kuat tanpa dimakan — ketika para ilmuwan menggunakannya untuk membangun kelas baru otot buatan. Minggu ini sebuah tim di Taiwan meluncurkan sel-sel bawang berlapis emas yang menunjukkan harapan untuk meluas, berkontraksi dan melentur ke arah yang berbeda seperti jaringan otot nyata.
Konten terkait
- Bawang Ini Tidak Akan Membuatmu Menangis
- Robot Ini Memiliki Otot Yang Lebih Baik Daripada Anda
Otot artifisial memiliki beragam aplikasi yang memungkinkan, mulai dari membantu manusia yang terluka hingga robot yang kuat, dan ada banyak cara untuk mencoba membuatnya. Tahun lalu, misalnya, para ilmuwan mengembangkan satu set otot buatan dari tali pancing sederhana yang bisa mengangkat 100 kali lebih banyak daripada otot manusia dengan ukuran dan berat yang sama. Namun belum ada cara yang lebih unggul untuk membuat otot palsu.
"Ada otot buatan yang dikembangkan menggunakan elastomer, paduan bentuk memori, komposit piezoelektrik, polimer ion-konduktif dan karbon nanotube, " kata Wen-Pin Shih dari National Taiwan University di Taipei. "Mekanisme dan fungsinya sangat beragam." Beberapa jenis otot buatan digerakkan oleh tekanan, seperti pada sistem pneumatik, sementara yang lain menciptakan gerakan melalui perubahan suhu atau arus listrik.
Tantangan utama bagi para pembuat otot buatan adalah merekayasa bahan-bahan mereka untuk menekuk dan berkontraksi pada saat yang sama, seperti yang dilakukan oleh otot-otot asli. Ketika seseorang melenturkan pose "buat otot" klasik, misalnya, bisep mereka berkontraksi tetapi juga menekuk ke atas untuk mengangkat lengan bawah. Shih dan rekannya berusaha merekayasa otot tiruan yang dapat secara bersamaan menekuk dan berkontraksi dengan cara ini, dan mereka menemukan bahwa struktur dan dimensi kulit bawang sangat mirip dengan mikrostruktur yang ada dalam pikiran mereka.
Untuk menguji sayuran yang menyengat itu, kelompok Shih pertama-tama mengambil satu lapisan sel epidermis dari bawang segar yang sudah dikupas dan dicuci bersih dengan air. Kemudian tim membekukan-mengeringkan bawang untuk menghilangkan air sambil membiarkan dinding selnya tetap utuh. Proses itu mengubah struktur mikro menjadi kaku dan rapuh, sehingga mereka memperlakukan bawang dengan asam untuk menghilangkan protein pengaku sel yang disebut hemiselulosa dan mengembalikan elastisitas.
Lapisan bawang dibuat untuk bergerak seperti otot dengan mengubahnya menjadi aktuator elektrostatik. Ini berarti melapisi mereka dengan elektroda emas, yang mengalirkan arus. Emas diaplikasikan dalam dua ketebalan — 24 nanometer di atas dan 50 nanometer di bawah — untuk menciptakan kekakuan lentur yang berbeda dan membuat sel-sel lentur dan meregang dengan cara yang mirip manusia. Ini berpasangan dengan kecenderungan alami kulit bawang untuk menekuk ke arah yang berbeda ketika mengalami tegangan yang berbeda karena tarikan elektrostatik.
Tim membuat "pinset" seperti otot dari sel-sel kulit bawang. (Shih Lab, Universitas Nasional Taiwan) Tegangan yang lebih rendah dari 0 hingga 50 volt menyebabkan sel memanjang dan mendatar keluar dari struktur melengkung aslinya, sementara tegangan yang lebih tinggi dari 50 hingga 1000 volt menyebabkan otot sayuran berkontraksi dan membungkuk ke atas. Dengan mengendalikan tegangan ini untuk memvariasikan gerakan otot, dua pengaturan bawang digunakan sebagai pinset untuk menggenggam bola kapas kecil, Shih dan rekannya melaporkan minggu ini dalam Applied Physics Letters .
Tetapi keberhasilan itu membutuhkan tegangan yang relatif tinggi, yang disebut Shih sebagai kelemahan utama konsep ini. Tegangan lebih rendah diperlukan untuk mengontrol otot dengan baterai kecil atau komponen mikroprosesor, yang akan lebih cocok untuk implan daya atau bagian robot. “Kita harus memahami konfigurasi dan sifat mekanik dinding sel dengan lebih baik untuk mengatasi tantangan ini, ” katanya.
Sel-sel bawang memberikan beberapa keuntungan dari upaya sebelumnya untuk menggunakan sel-sel otot hidup untuk membuat jaringan buatan, kata Shih. "Membiakkan sel untuk membentuk sepotong jaringan otot untuk menghasilkan kekuatan tarik masih sangat menantang, " kata Shih. “Orang-orang telah mencoba menggunakan otot hidup sebelumnya. Namun bagaimana cara menjaga sel-sel otot tetap hidup menjadi masalah. Kami menggunakan sel nabati karena dinding sel memberikan kekuatan otot apakah sel itu hidup atau tidak. ”
Namun, daya tahan adalah masalah: Pelapisan emas membantu melindungi otot bawang, tetapi kelembapan masih bisa menembus dinding sel mereka dan mengubah sifat material. Shih punya ide untuk mengatasi masalah ini, yang bisa segera diuji. "Kita mungkin melapisi otot buatan bawang dengan lapisan fluoride yang sangat tipis, " katanya. "Itu akan membuat otot buatan kedap air tetapi tidak akan mengubah kelembutan perangkat."
