Согласно новому исследованию, роботы, созданные с использованием лабораторно выращенной скелетной мышечной ткани, могут нуждаться в физических упражнениях, аналогичных тем, что выполняют люди. Эти инновационные устройства, называемые биогибридными роботами, способны достигать реалистичной подвижности благодаря тренировкам, похожим на человеческие.
Новое исследование, проведенное в Китае, показало, что физическая подготовка искусственных мышц в фазе их роста может удваивать силу сокращения. Кроме того, это позволяет биогибридному роботу-гусенице двигаться значительно быстрее по сравнению с традиционными процессами.
Учёные из Китайской академии наук предложили систему электромеханической ко-стимуляции, которая улучшает эффективность и производительность искусственной скелетной мышечной ткани.
Механическая тренировка искусственных мышц
В исследовании, опубликованном в январском выпуске рецензируемого журнала Advanced Functional Materials, учёные разработали систему, которая одновременно применяет электрическую и механическую стимуляцию к искусственной мышечной ткани. Это похоже на процесс тренировки человеческих мышц.
Согласно исследованию, Чуань Чжан и его коллеги, вдохновившись методами тренировки человеческой скелетной мускулатуры, предложили систему электромеханической ко-стимуляции для улучшенного выращивания искусственных мышечных тканей.
В этой системе электрические поля одновременно стимулируют мышечную ткань и создают динамически регулируемое механическое сопротивление. Такой подход позволяет достигать высокой производительности движений, что увеличивает скорость работы биогибридных роботов.
Улучшенные искусственные мышцы
Используя новую систему, китайские исследователи создали искусственную мышечную ткань, которая позволила небольшому роботу, напоминающему гусеницу, двигаться со скоростью 2,38 мм в секунду. Это быстрее, чем у других биомеханических роботов, использующих искусственные скелетные мышцы. Максимальная сила сокращения искусственных мышц увеличилась на 98%, а их характеристики в некоторых аспектах приблизились к параметрам натуральных мышц.
Учёные также отмечают, что биогибридные роботы представляют собой комбинацию живых и синтетических материалов. Они могут иметь форму отдельных конечностей, органов или даже целых живых организмов. Исследования в этой области могут однажды привести к созданию сложных живых существ с нуля.
Биогибридные роботы могут использовать мышечные клетки в качестве исполнительных механизмов, нейроны – в качестве двигательных контроллеров, а сенсорные клетки – в роли тактильных датчиков. Некоторые разработки даже интегрируют живые организмы, используя эволюционные преимущества живых систем, такие как самовосстановление, адаптивность и высокая чувствительность датчиков.
Новая система стимуляции
Ранее предлагались различные методы стимуляции для выращивания искусственной скелетной мышцы, но они сталкивались с множеством технических трудностей.
Новейшая система, предложенная китайскими учёными, использует электроды для равномерной электрической стимуляции, что способствует росту и сокращению мышечной ткани.
Дополнительно применяется пружинный механизм, создающий механическую нагрузку при сокращении ткани. Система не только обеспечивает стимуляцию, но и позволяет в реальном времени измерять силу сокращения искусственной мышцы, адаптируя параметры воздействия по мере её роста и развития.
