Японские инженеры создали робопальцы с живыми мышцами

Устройство продемонстрировало умение подхватывать кольцо и переносить его в нужное место.
Фото Shoji Takeuchi/University of Tokyo.

В 2012 году японские исследователи поразили мир, представив самого реалистичного робота. Машина, сконструированная инженерами из Токийского университета, не имела головы, зато её корпус максимально точно повторял строение скелета и мышц человека.

Теперь та же команда учёных представила ещё одну революционную работу: продолжая расширять границы робототехники, специалисты создали устройство, оснащённое живыми мышцами.

Напомним, что роботизированные машины, при создании которых совмещаются живые и неживые материалы, называются биогибридными. Также их именуют киборгами ("кибернетическими организмами"). Ранее мы рассказывали о киборгах-насекомых и даже растениях, теперь же техники ещё на один шаг приблизились к созданию человекоподобного биогибридного робота.

Первым шагом стала разработка механического пальца, который способен полностью имитировать движения своего биологического прототипа – пальца человеческого. Скелетом-основой для него послужила роботизированная система, на которую учёные нарастили живые мышечные волокна, полученные из клеток мышей (как это делается, "Вести.Наука" (vesti.nauka.ru) подробно рассказывали).

Авторы разработки поясняют, что механическая основа робопальца довольно проста: шарнир, анкеры, к которым крепятся мышцы, и электроды, которые обеспечивают сокращение этих мышц. Куда сложнее было создать живые ткани для устройства.

От идеи использования уже сформировавшихся полноценных мышц команда отказалась, решив вырастить их с нуля. Для этого специалисты использовали пластины из гидрогеля, содержащие клетки-предшественники миобласты. Эти пластины укрепили на каркасе устройства. Таким образом, когда клетки-предшественники развивались в миоциты, то есть собственно клетки мышц, волокна сразу приобретали нужную форму и могли "сотрудничать" с шарниром и электродами.

При этом выращенные волокна точно имитировали работу настоящих человеческих парных мышц – агонистов и антагонистов. Когда один из таких мускулов сокращается, другой расслабляется, и наоборот. В итоге той или иной части тела обеспечивается подвижность в двух направлениях.

Как уже упоминалось, для управления сокращениями мышц исследователи использовали электроды – их расположили на концах соответствующих мышечных волокон по парам.

Если бы учёные использовали уже сформировавшиеся, а не выращенные мышцы, такого эффекта достичь было бы намного сложнее, поясняет соавтор проекта Сёдзи Такэути (Shoji Takeuchi).

Вместе с коллегами он устроил робопальцам с живыми мышцами испытания (они показаны на видео ниже). Устройство продемонстрировало умение захватывать и переносить в нужное место кольцо. В другом тесте два робопальца смогли слажено взять и поднять квадратную конструкцию.

 

Эксперименты показали, что активация мышц при подаче тока проходит безукоризненно, а "сустав" роботизированного пальца может сгибаться под углом до 90°.

Ведущий автор работы Юя Моримото (Yuya Morimoto) добавляет, что теперь перед исследовательской группой стоит задача объединить ещё больше мышц в одном устройстве. Это позволит совершать более сложные движения.

Кроме того, инженерам предстоит преодолеть ряд ограничений, которые возникают из-за использования живой ткани. Устройство может функционировать лишь в воде, поскольку при постоянном трении мышца быстро изнашивается. Пока что срок жизни искусственного мускула составляет не больше недели.

После всех усовершенствований новая технология позволит создавать полноценных биогибридных роботов, части тела которых будут имитировать движения человека.

Более подробно о своей прорывной разработке японские инженеры рассказали в статье, которая была опубликована в журнале Science Robotics.

Добавим, что ранее исследователи создали для мягких роботов программируемый материал а-ля мышцы осьминога, который "надувается" и меняет форму. Также мы рассказывали о биороботах, которые питаются от клеток мышц, и о том, как моллюски "подарили" свои мышцы крошечным напечатанным роботам.

Сегодня