Mokslininkai sukūrė robotus su tikrais raumenimis: jie jau šokinėja, plaukia ir vaikšto

Sekite TechNaujienos Google

Šveicarijos ETH Ciuricho mokslininkai pristatė neįprastus mažyčius robotus, kurie juda naudodami tikrą gyvą raumenų audinį. Bandymuose šios konstrukcijos galėjo šokinėti, plaukti, vaikščioti ir sugriebti objektus. Skirtingai nuo įprastų robotų su elektriniais varikliais, jų judėjimą sukuria laboratorijoje užaugintos ląstelės, kurios reaguoja į elektrinius impulsus.

Tyrėjai siekia spręsti vieną pagrindinių biohibridinės robotikos problemų: kaip suderinti gyvą audinį su dirbtiniu karkasu taip, kad didžioji raumens susitraukimo dalis iš tiesų virstų naudingu mechaniniu judesiu. Ankstesnėse sistemose raumenys galėjo veikti, bet jų jėga dažnai būdavo prastai perduodama pačiai konstrukcijai.

Apie naują metodą spalio 22 dieną pranešė ETH Ciurichas, pristatydamas žurnale „Nature Communications“ paskelbtą tyrimą. Komandos sukurti raumenų mechanizmai pasiekė iki vienuolikos kartų didesnę judesio amplitudę nei ankstesnės panašaus dydžio ir panašų raumens kiekį naudojusios konstrukcijos.

Laboratorijoje auginti pelių raumenų audiniai buvo sujungti su minkštu hidrogelio karkasu. Svarbiausia naujovė – gyvas audinys ir mechaninė atrama projektuoti kartu, o ne atskirai. Tyrėjai kompiuteryje vertino, kaip raumuo susitraukia, kur kaupiasi įtampa ir kokia karkaso geometrija geriausiai paverčia tą susitraukimą judesiu.

Naujausi straipsniai

4 min. skaitymo • prieš 55 minutės

Kvapus galėsime persiųsti internetu: sukurtas prietaisas, perduodantis kavos ir kitus aromatus nuotoliu

4 min. skaitymo • prieš 56 minutės

Ukraina pirmą kartą gavo prieigą prie NATO ginkluotės pirkimų sistemos: prasideda nauja karo era?

4 min. skaitymo • prieš 57 minutės

Ukraina paskelbė milžinišką skaičių: štai kiek Rusijos dronų neutralizavo per 10 mėnesių

Visi naujausi straipsniai →

Maži robotai, kuriems nereikia įprasto variklio

Tyrimo pristatyme parodyti centimetro mastelio įrenginiai. Vienas mažas robotas į elektrinį impulsą reagavo atsispirdamas nuo paviršiaus, kitas naudojo raumenis plaukimui, dar kiti buvo pritaikyti žingsniuojančiam ar sugriebimo judesiui. Šios demonstracijos yra laboratoriniai bandymai, o ne autonomiškai gamtoje veikiantys robotai.

Elektrinis signalas skatina gyvų raumenų ląstelių susitraukimą, o minkšta dirbtinė struktūra perduoda susidariusią jėgą. Tokia sąveika primena žmogaus ar gyvūno judėjimą, kai kaulai ir sausgyslės veikia kartu su raumenimis. Skirtumas tas, kad eksperimentinę konstrukciją galima kurti specialiai konkrečiai užduočiai, parenkant jos formą ir medžiagų savybes.

Didelė problema yra gyvo audinio palaikymas. Raumenų ląstelėms reikia tinkamos temperatūros, maistinių medžiagų ir kontroliuojamos aplinkos. Todėl šiandieninės biohibridinės mašinos negali būti tiesiog paleidžiamos į lauką taip, kaip įprasti baterijomis maitinami robotai. Būtent gebėjimas ilgiau palaikyti ląstelių veiklą bus vienas svarbių kito tyrimų etapo tikslų.

Kaip tai atrodo galite pamatyti video žemiau:

Kur būtų naudingi gyvais audiniais judantys mechanizmai

Mokslininkai mato galimų pritaikymų itin mažoje robotikoje, kur tradiciniai varikliai ir pavaros užima daug vietos. Minkštos konstrukcijos teoriškai galėtų judėti jautriose aplinkose arba atlikti specifinius manipuliavimo veiksmus. Tačiau medicininių taikymų saugumą, ilgalaikį audinių veikimą ir valdymo tikslumą reikėtų patikrinti visiškai atskirai.

„TechNaujienos.lt“ jau nagrinėjo gyvą implantą, skirtą sutrikusiam organų judėjimui atkurti. Nauja ETH technologija sprendžia kitokią problemą – mechaninį roboto judesį, bet abiem atvejais mokslininkai ieško būdų panaudoti biologinių ląstelių sugebėjimus inžinerijoje.

Kita susijusi kryptis – robotizuotų laboratorijų plėtra. Tokiose sistemose robotai automatizuoja bandymus ir duomenų rinkimą, tačiau gyvų raumenų naudojimas kelia papildomų biologinio suderinamumo bei kontrolės iššūkių. Šios dvi kryptys neturėtų būti laikomos ta pačia technologija.

Vienuolika kartų didesnė judesio amplitudė nėra teiginys, kad naujieji robotai yra vienuolika kartų greitesni arba stipresni už visus ankstesnius robotus. Tai konkretaus mokslinio palyginimo rodiklis, susijęs su panašią biologinę konstrukciją naudojančiais mechanizmais. Skirtumas svarbus vertinant eksperimentą be pernelyg plačių apibendrinimų.

Dar vienas iššūkis – tokių konstrukcijų mastelio didinimas. Nedidelis robotas gali pasinaudoti labai trumpu raumens susitraukimu, tačiau didesniame įrenginyje reikėtų daugiau gyvų ląstelių, geresnio maitinimo ir patikimesnio valdymo. Be to, biologiniai audiniai laikui bėgant keičiasi, todėl dviejų išoriškai vienodų robotų judėjimas gali skirtis. Inžinieriams teks suprasti, kaip gaminti tokius mechanizmus pakartojamai ir kaip iš anksto nustatyti jų veikimo ribas. Kol kas eksperimentas įrodo fizinį principą, o ne pasirengimą masinei gamybai.

ETH rezultatas kol kas yra laboratorinis įrodymas, kad gyvą raumenį ir minkštą karkasą suprojektavus kaip vieną sistemą galima pasiekti gerokai didesnį judėjimą. Būsimiems eksperimentams teks atsakyti, kiek ilgai tokie robotai išlieka veiklūs ir ar jų judesį galima patikimai pakartoti už kontroliuojamos laboratorijos ribų.