طراحی واحدهای ساختمانی عضلات مصنوعی به کمک روش محاسباتی

تاریخ : ۰۵ مهر ۱۳۹۶

تعداد بازدید : ۲۵۱۴

0 امتیاز از 0 رای
نسخه چاپی
موضوعات :

میوزین‌ها به عنوان واحدهای ساختاری عضلات شناخته می‌شوند. در راستای فهم دقیق عملکرد عضلات و طراحی عضلات سنتزی، زیست مکانیک محاسباتی با استفاده از شبیه‌سازی‌های گوناگون، راه را در جهت توسعه روش‌های بازسازی عضلات هموار کرده است.

با هر بار انقباض عضلات، میلیون‌ها موتور مولکولی در فرایندی پیچیده با هم همکاری می‌کنند. این موتورهای پروتئینی که قدرت خود را از روش های شیمیایی به دست می آورند، میوزین نامیده می‌شوند. ترکیب های میوزینی متفاوت، عملکردهای عضلانی مختلفی همچون حفظ ضربان قلب یا تحمل وزن بدن را ممکن می‌سازند. به منظور ساخت عضلات مصنوعی در زمینه‌هایی چون پزشکی بازساختی یا رباتیک، شناخت اینکه چه ترکیب پیچیده‌ای از میوزین‌ها موجب ایجاد فعالیت مطلوب مورد نظر می‌شود، ضروری است. دستیابی به این امر نیازمند فرایندی پرزحمت، در قالب آزمونی در مقیاس نانو می‌باشد، که ممکن است چندین سال طول بکشد.
در این راستا، پژوهشگران دانشکده مهندسی دانشگاه کارنِگی مِلون، رویکردی بین رشته‌ای برای حل این مشکل اتخاذ کرده اند. با ترکیب روش‌های جستجوی طراحی محاسباتی با اصول زیست‌مکانیکی محققان موفق به توسعه رویکردی منطقی برای طراحی سیستم‌های میوزینی با ویژگی های خاص شده اند. نتایج این تحقیق در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شد.
این تیم تحقیقاتی مدل محاسباتی جدیدی را توسعه دادند که سیستم‌هایی را که در آن‌ها انواع مختلف میوزین‌ها با هم کار می‌کنند، طراحی می‌کند. این رویکرد نسبت به زمانی که انواع متفاوت میوزین به تنهایی به کار گرفته می‌شوند، سودمندتر واقع می‌شود. در ادامه نیز این پیش‌بینی‌های محاسباتی توسط بررسی‌های آزمایشگاهی مورد تایید قرار گرفتند.
فیلیپ لدوک، استاد رشته مهندسی مکانیک و مهندسی زیست پزشکی عنوان می کند: «این روش محاسباتی، از طریق یکی از واحدهای ساختمانی عضله، که همان میوزین می‌باشد، ما را در شناخت بهتر عضله یاری می‌کند و در ساخت عضله مصنوعی در آینده کمک خواهد کرد. این امر، مشابه استفاده از مجموعه‌ی عناصر پروتئینی نانومتری به منظور ساخت یک سیستم متحرک می‌باشد.»
این یافته‌ها که بیانگر همکاری بی‌نظیر میان‌رشته‌ای در مهندسی می‌باشند، می‌توانند در مواردی که به فهم و درمان بیماری‌های مرتبط با میوزین کمک می‌کنند و نیز توسعه رویکردهای جدید در فناوری‌های مبتنی بر موتورهای مولکولی، موثر واقع شوند.
پروفسور Jonathan Cagan متخصص مهندسی مکانیک معتقد است که این پژوهش نشان می‌دهد چگونه ارتباط بین رشته‌‌ها می‌تواند به دستیابی به رویکردهای جدید، برای اهداف تحقیقاتی، و همچنین حصول یافته‌های جدیدی که دسترسی به آنها توسط یک رشته به تنهایی دشوار می باشد، منجر شود.
پروفسور لدوک اشاره می کند که: اکنون ما در حال ادغام طراحی مکانیکی محاسباتی – که برای طراحی مجموعه‌ای از سیستم های مرسوم تر همچون اتومبیل ها و معماری استفاده شده¬اند - با زیست‌شناسی می‌باشیم.

منبع : https://phys.org/news/2017-09-blocks-synthetic-muscle-method.html

نظر شما