Исследователи из Токийского университета и университета Васэда в Японии представили прорывную разработку в области биогибридных технологий: искусственную руку, способную сжимать предметы и выполнять жесты. В основе устройства лежит сочетание выращенной в лаборатории мышечной ткани и системы гибких механических суставов.
Биогибридная робототехника
Биогибридная робототехника пока находится на ранних этапах развития, однако уже были случаи, когда живые ткани использовались в механизмах. Например, ранее ученые создавали искусственную рыбу, движущуюся благодаря клеткам сердечной мышцы человека, а также робота, использующего ухо саранчи для слуха. Однако практическое применение таких технологий оставалось ограниченным.
В новой работе японские исследователи вырастили в лаборатории мышечные волокна, которые по отдельности были бы слишком слабыми для эффективного функционирования. Чтобы решить эту проблему, они объединили волокна в так называемые многослойные мышечные актуаторы (MuMuTAs), обеспечивающие достаточную силу сокращения. Эти структуры затем прикрепили к 3D-печатной пластиковой руке длиной около 18 см с подвижными суставами.
"Нашим ключевым достижением стало создание MuMuTAs. Эти тонкие мышечные нити, сформированные в виде пучков, позволили нам преодолеть основную проблему — обеспечить достаточную силу сокращения и длину тканей для управления крупной структурой кисти", — отметил Сёдзи Такэути из Токийского университета, соавтор исследования.
После подключения MuMuTAs к искусственной руке ученые активировали их с помощью электрических импульсов. В результате рука успешно выполняла жесты, например, знак "ножницы", а также захватывала и манипулировала пипеткой.
Интересной особенностью биогибридной руки стало то, что ее мышечные ткани, подобно живым, уставали при работе. Исследователи обнаружили, что после десятиминутной стимуляции сила сокращений снижалась, но затем восстанавливалась в течение часа отдыха. Это свойство может оказаться полезным для дальнейшего изучения физиологии мышц.
Хотя на данный момент рука представляет собой скорее демонстрационный прототип, ученые уверены, что разработка прокладывает путь к масштабированию биогибридных устройств. Ранее такие конструкции не превышали нескольких сантиметров, а теперь удалось создать модель длиной 18 см.
"Одной из главных задач биогибридной робототехники является имитация биологических систем, что требует увеличения их размеров. Наше достижение стало важным шагом в этом направлении. Хотя впереди еще много технических вызовов, такие технологии могут в будущем использоваться в продвинутых протезах, а также в медицинских исследованиях, тестировании хирургических методик и разработке новых препаратов для лечения мышечных заболеваний", — отметил Такэути.
Исследование опубликовано в журнале Science Robotics.
