Ученые из университетов Токио и Васэда создали уникальную биогибридную руку, которая может не только захватывать предметы, но и выполнять сложные жесты, например, «ножницы» в игре «Камень, ножницы, бумага».
Осуществить эту революцию в робототехнике стало возможным благодаря использованию специально выращенных мышечных тканей — они были особым образом свернуты в пучки, напоминающие суши-роллы. Технология получила название MuMuTAs (Multiple Muscle Tissue Actuators), и она открывает перспективы для разработки более крупных и функциональных биогибридных конечностей.
Ранее биогибридными были лишь крошечные устройства длиной около одного сантиметра, которые выполняли простейшие движения — сгибались и разгибались в одном суставе. Разработанная японскими учеными роборука длиной 18 сантиметров существенно превосходит предыдущие разработки по сложности своего устройства и функциональным возможностям. Устройство состоит из пластикового каркаса, отпечатанного на 3D принтере и пучков мышечных волокон, которые позволяют двигать пальцами — каждым по отдельности или в сочетании друг с другом.
Руководитель работы, профессор Седзи Такэути, отметил, что главным достижением проекта стало успешное создание MuMuTAs — именно эта технология позволяет мышечным пучкам сокращаться с определенной силой, чтобы двигать пальцы. При этом процесс разработки технологии был непростым — при выращивании мышечной ткани в условиях лаборатории частой проблемой становится некроз (гибель) клеток в центре толстых волокон из-за дефицита питательных веществ. Теперь специалисты нашли решение этой проблемы — они выращивают тонкие мышечные нити, в которых клетки не гибнут, а потом объединяют их в пучки. Благодаря такому подходу ученые смогли создать достаточно мощные мышцы, способные управлять движениями пальцев.
Для активации MuMuTAs используются электрические импульсы, которые передаются к мышечным пучкам по водонепроницаемым проводам. В ходе испытаний роборука успешно показала способность сокращать одновременно мизинец, безымянный и большой пальцы, показывая жест «ножницы». Также устройство может захватывать предметы.
Оказалось, что живые мышцы в биогибридных устройствах устают точно так же, как мышцы обычного человека — роборука проявляла признаки усталости через 10 минут работы. Однако всего час отдыха позволяет полностью восстановить ее функциональность. Это явление стало одним из самых удивительных открытий проекта.
Сейчас рука может работать исключительно в жидкой среде — она позволяет снизить трение между пучками мышц. Но ученые уверены, что в будущем они смогут разработать конструкцию, которой не будет требоваться специальная среда. Еще одной важной задачей, которую придется решить ученым, является возвращение пальцев в исходное положение. Сейчас после того как мышечный пучок расслабляется, пальцы просто возвращаются в исходную позицию благодаря своей плавучести. Для того, чтобы биогибридная рука работала без специальной среды, понадобятся дополнительные мышечные пучки-разгибатели, как в живой руке.
Основная цель биогибридной робототехники — создание искусственных систем, которые максимально точно имитируют работу биологических структур. Такие технологии уже скоро могут стать основой для разработки реалистичных и функциональных биологических протезов. Также на биогибридных устройствах можно проводить эксперименты, тестировать новые лекарства и хирургические методики.
Ранее ученые представили новых гуманоидных роботов: их руки быстрее человеческих.
Источник