Японские исследователи разработали биогибридную руку, играющую в «камень, ножницы, бумага»

Исследователи из Японии продвинулись в создании биогибридной руки, способной выполнять жест «ножницы» и переносить объекты. Учёные из Токийского университета и Университета Васэда разработали методику, которая позволяет искусственной конечности совершать сложные движения. Основным достижением стало создание множественных мышечных тканевых актуаторов (MuMuTA) — тонких нитей выращенной в лаборатории мышечной ткани, свернутых в рулоны.

Эта биогибридная рука, длиной 18 см, включает пластиковый каркас, изготовленный на 3D-принтере, и сухожилия из мышечной ткани, управляющие движением пальцев. В отличие от предыдущих биогибридных устройств, ограниченных простыми движениями или небольшими размерами, новая разработка предлагает многосуставные пальцы, способные двигаться как по отдельности, так и координированно для манипуляции объектами.

Профессор Сёдзи Такэути из Токийского университета пояснил, что основным вызовом было достижение достаточной силы и длины мышечных сокращений для поддержания крупной структуры руки. Решение было найдено в актуаторах MuMuTA, которые имитируют работу биологических мышц, создавая движение и силу, позволяя преодолеть ограничения, связанные с выращиванием плотной мышечной ткани в лабораторных условиях. Их функция аналогична биологическим мышцам — сокращение и расслабление для получения движения.

Для демонстрации возможностей этой руки исследователи заставили её совершить жест «ножницы», при этом движением управляли мизинец, безымянный палец и большой палец. Также пальцы использовали для захвата и перемещения кончика пипетки, что показало универсальность движения.

Однако применение натуральной мышечной ткани имеет свои нюансы. Через 10 минут электрической стимуляции сила мышечных сокращений заметно уменьшалась из-за усталости, но через час отдыха восстановилась. Такэути отметил, что такой процесс восстановления, близкий к свойствам живой ткани, оказался неожиданно интересным наблюдением для искусственно выращенной мышечной ткани.

На данный момент рука функционирует в жидкой среде, что позволяет якорям, соединяющим мышцы с конструкцией, свободно двигаться без трения, обеспечивая плавность движений пальцев. Рука ещё не способна мгновенно возвращать пальцы в исходное положение; возврат происходит медленно, благодаря плавучести. Исследователи планируют решить эти задачи, добавив эластичные материалы или дополнительные элементы MuMuTA на тыльной стороне пальцев.

Профессор Такэути подчеркнул, что внедрение актуаторов MuMuTA является значительным прорывом в области биогибридной робототехники, которая находится на начальной стадии развития. В будущем эта технология может найти применение в передовой протезной инженерии, а также быть полезной в изучении работы мышц в биологических системах, тестировании хирургических процедур и разработке препаратов, направленных на мышечные ткани.

Источник: iXBT