Команда специалистов из Токийского университета и Университета Васэда в Японии создала биогибридную кисть, которая может перемещать предметы и показывать «ножницы». Исследователи использовали тонкие нити выращенной в лаборатории мышечной ткани, свёрнутые в рулоны, похожие на японские роллы, чтобы придать пальцам достаточную силу для сокращения.
Созданные исследователями актуаторы из нескольких мышечных тканей (MuMuTA) являются важным шагом на пути к созданию более крупных биогибридных конечностей. Несмотря на то, что в настоящее время их применение ограничено лабораторными условиями, MuMuTA могут способствовать развитию будущих биогибридных протезов, тестированию лекарств на мышечной ткани и расширению возможностей биогибридной робототехники для имитации реальных форм.
«Камень, ножницы, бумага» — это классическая игра и быстрый способ принятия решений для нерешительных людей [скорее, способ решать споры или выбирать приоритет / прим. перев.]. Но если вы выберете бумагу, то проиграете этой кисти робота, которая овладела искусством жеста «ножниц». И хотя может показаться, что это простое движение, в сфере биогибридов и протезов конечностей это — скачок вперёд к новым уровням реализма и практичности.
Кисть сделана из напечатанной на 3D-принтере пластиковой основы с сухожилиями из человеческой мышечной ткани, которые приводят в движение пальцы. До сих пор биогибридные устройства, как правило, были гораздо меньшего размера (около 1 сантиметра в длину) или ограничивались простыми или односуставными движениями. В отличие от них, биогибридная кисть имеет длину 18 см и многосуставные пальцы, которыми можно двигать по отдельности, чтобы делать жесты, или в комбинации, чтобы манипулировать предметами.
«Нашим главным достижением стала разработка MuMuTAs. Это тонкие нити мышечной ткани, выращенные в культуральной среде, которые затем сворачиваются в жгут, как ролл, формируя сухожилия», — объясняет профессор Шоджи Такеучи из Токийского университета.
«Создание MuMuTA позволило нам решить самую сложную задачу — обеспечить достаточную силу сокращения и длину мышц, чтобы привести в движение крупную структуру кисти».
Толстую мышечную ткань, которая необходима для движения больших конечностей, сложно вырастить в лаборатории, так как она страдает от некроза. Это происходит, когда недостаточное количество питательных веществ поступает в центр мышцы, что приводит к гибели ткани. Однако команда смогла создать сухожилия с достаточной прочностью, используя несколько тонких мышечных тканей, соединённых вместе так, чтобы действовать как одна большая мышца.
Стимуляция мышц MuMuTA осуществляется с помощью электрических токов, подаваемых по водонепроницаемым кабелям.
Чтобы проверить возможности кисти, команда манипулировала пальцами, формируя жест «ножницы» путём сокращения мизинца, безымянного и большого пальцев. Они также использовали пальцы для захвата и перемещения кончика пипетки. Это продемонстрировало способность руки имитировать различные действия, так как многосуставные пальцы могут сгибаться как по отдельности, так и одновременно, что является впечатляющим достижением.
Использование настоящей мышечной ткани, однако, имеет некоторые недостатки, о чём может знать каждый, кто посещал тренажёрный зал.
«Хотя это и не совсем удивительно, но интересно, что сократительная сила тканей снизилась и показала признаки усталости после 10 минут электростимуляции, но восстановилась всего за час отдыха. Наблюдение такой реакции восстановления, подобной реакции живых тканей, в сконструированных мышечных тканях было замечательным и захватывающим результатом», — говорит Такеучи.
В настоящее время кисть приходится подвешивать в жидкости, чтобы «якоря», или тяговые тросики, которые соединяют мышцы с рукой, плавали в жидкости без трения, позволяя пальцам плавно двигаться. Однако команда считает, что при дальнейших разработках можно будет создать свободно движущуюся руку.
Ещё одна проблема нынешней конструкции заключается в том, что пальцы нельзя намеренно вернуть в прямое исходное положение, они сами встают на место. Добавление эластичного материала, чтобы вернуть их в исходное положение, или большего количества MuMuTA на тыльной стороне пальцев, которые сокращаются в противоположном направлении, позволило бы лучше контролировать движение пальцев.
«Основная цель биогибридной робототехники — имитировать биологические системы, что требует увеличения их размеров. Наша разработка MuMuTAs является важной вехой на пути к достижению этой цели», — говорит Такеучи.
«Область биогибридной робототехники всё ещё находится в зачаточном состоянии, и нам предстоит преодолеть множество фундаментальных проблем. Как только эти основные проблемы будут решены, данная технология может быть использована в продвинутых протезах, а также послужит инструментом для понимания того, как функционируют мышечные ткани в биологических системах, для тестирования хирургических процедур или лекарств, направленных на мышечные ткани».
Автор: SLY_G
