В Японии робота с живыми мышцами научили ходить под водой — на суше он высохнет

Исследователи из Токийского университета создали двуногого биогибридного робота, сочетающего в себе искусственный скелет и биологические мышцы, который способен ходить и поворачиваться, причем все это под водой.

Типичные биогибридные роботы могут двигаться по прямой или совершать большие повороты, но не могут выполнять более чувствительные движения в небольших пространствах. Это делает их непригодными для использования в местах с большим количеством препятствий, например, в поисково-спасательных операциях. Новый робот может поворачиваться на одной ноге, что позволяет ему поворачиваться в пределах небольшого круга.

В настоящее время он может работать только под водой, поскольку выращенные в лаборатории мышцы быстро высыхают под воздействием воздуха, теряя эффективность. Однако исследователи предполагают, что в будущем можно будет создать роботов, которые смогут ходить по суше, если наделить их более толстыми мышцами с собственными запасами питательных веществ и, возможно, даже покрыть их искусственной кожей.

Если попросить вас представить себе робота, состоящего из живых мышц на искусственном скелете, то в голове возникнет образ киборга, шагающего по земле, частично человека, частично машины. Но правда в том, что мы все еще делаем только маленькие шаги, когда дело доходит до создания биогибридных, естественно-искусственных роботов. Создание реальных биогибридных роботов, которые могут ходить как человек, не говоря уже о том, чтобы бегать или прыгать как человек, является большой проблемой. Профессор Шоджи Такеучи и его команда из Высшей школы информационных наук и технологий Токийского университета решили эту задачу в своем последнем исследовании.

Встраивая живые ткани в роботов, мы можем использовать превосходные функции живых организмов. В нашем последнем исследовании мы объединили выращенную в лаборатории скелетную мышечную ткань с гибкими искусственными ногами и напечатанными на 3D-принтере ступнями. Использование мышечной ткани для движения ног позволило нам создать небольшого робота с эффективными, бесшумными движениями и мягким прикосновением, — объясняет Такеучи.

Исследователи начали с выращивания скелетных мышц в формах для создания полосок. Мышечная ткань теряет способность двигаться, когда становится слишком сухой, поэтому робот был спроектирован таким образом, чтобы его можно было использовать в воде. Команда изготовила легкий скелет из плавающей стироловой доски, гибкое тело на силиконовой основе, ноги из акриловой смолы с грузами из латунной проволоки и 3D-печатные ступни. Две полоски мышечной ткани были прикреплены от тела к ногам робота.

Каждая нога приводилась в действие с помощью ручных золотых электродов, которые подавали заряд, подобно тому как мозг посылает электрические сигналы телу, чтобы оно двигалось. В результате мышечная ткань сокращается, и робот начинает «ходить», когда ноги активируются одна за другой. Стимулируя каждую ногу с интервалом в пять секунд, они смогли заставить робота двигаться со скоростью 5,4 миллиметра в минуту. Хотя это и не кажется особенно быстрым, скорость движения его ног была сопоставима со скоростью других биогибридных роботов.

Изначально мы не были уверены в том, что двуногий робот сможет ходить, поэтому было очень удивительно, когда нам это удалось, — говорит Такеучи.

Наш биогибридный робот смог выполнять движения вперед и повороты при двуногой ходьбе благодаря эффективному балансу четырех ключевых сил: силы сокращения мышц, восстанавливающей силы гибкого тела, силы тяжести, действующей на вес, и плавучести поплавка.

Сейчас команда рассматривает возможность создания более плавного робота, способного ходить по суше, разрабатывая методы дистанционной стимуляции мышц и создавая более толстые мышцы с запасом питательных веществ для их поддержания. Такеучи сказал:

Мы работаем над созданием роботов с суставами и дополнительными мышечными тканями, чтобы обеспечить более сложные возможности ходьбы. Наши результаты дают ценную информацию для разработки мягких гибких роботов, питающихся от мышечной ткани, и могут способствовать более глубокому пониманию биологических механизмов локомоции, что в дальнейшем позволит нам имитировать в роботах все тонкости человеческой ходьбы.

26.01.2024