Биогибридная рука использует сушиподобные рулоны выращенных в лаборатории мышц человека для перемещения объектов

Биогибридная рука, которая может перемещать объекты и выполнять жест ножниц, была построена командой в Университете Токио и Университетом Васеда в Японии. Исследователи использовали тонкие струны выращенной в лаборатории мышечной ткани, связанной с сушиподобными рулонами, чтобы придать пальцам достаточно силы, чтобы сжиматься.

Эти множественные приводы мышечной ткани (Mumutas), созданные исследователями, являются основной разработкой для создания больших биогибридных конечностей. В настоящее время ограничиваясь лабораторной средой, Mumutas могут продвинуть будущие биогибридные протезирование, помощь в тестировании на наркотики на мышечной ткани и расширить потенциал биогибридной робототехники, чтобы имитировать формы реальной жизни.

«Rock, Paper, ножницы»-это классическая игра в школу или быстрый способ принимать решения для нерешительных. Но выберите бумагу, и вы проиграете этой руке робота, которая освоила искусство жеста ножниц. И хотя это может показаться простым движением, в сфере биогибридов и протезных конечностей, это скачок вперед на новые уровни реализма и удобства использования.

Рука изготовлена ​​из 3D-печатного пластикового основания, с сухожилиями мышечной ткани человека, которые перемещают пальцы. До сих пор биогибридные устройства обычно были в гораздо меньшем масштабе (около 1 сантиметра) или ограничиваются более простыми или однорующими движениями. Напротив, биогибридная рука составляет 18 см в длину и имеет многооцененные пальцы, которые можно перемещать индивидуально, чтобы сделать жесты или в сочетании, чтобы манипулировать объектами.

«Нашим ключевым достижением было развитие Mumutas. Это тонкие нити мышечной ткани, выращенной в культуральной среде, а затем свернулись в пучок, как суши, чтобы сделать каждое сухожилие», — пояснил профессор Шодзи Такеучи из Университета Токио.

«Создание Mumutas позволило нам преодолеть нашу самую большую проблему, которая заключалась в том, чтобы обеспечить достаточную сократительную силу и длину в мышцах, чтобы стимулировать большую структуру руки».

Толстая мышечная ткань, которая необходима для перемещения больших конечностей, трудно выращивать в лаборатории, поскольку она страдает от некроза. Это когда недостаточное количество питательных веществ достигает центра мышц, что приводит к потере тканей. Однако, используя несколько тонких мышечных тканей, объединенных, чтобы действовать как одна большая мышца, команда смогла создать сухожилия с достаточной силой.

Мумуты стимулируются с использованием электрических токов, доставленных через водонепроницаемые кабели.

Чтобы проверить способности руки, команда манипулировала пальцами, чтобы сформировать жест ножниц, сжимая мизинец, безымянный палец и большой палец. Они также использовали пальцы, чтобы схватить и переместить кончик пипетки. Это продемонстрировало способность руки имитировать ряд действий, так как многооцененные пальцы могут быть согнуты либо отдельно, либо в то же время, впечатляющий подвиг.

Однако использование реальной мышечной ткани происходит с некоторыми недостатками, как может знать любой, кто был в спортзале.

«Хотя это и не совсем удивительно, было интересно, что сократительная сила тканей уменьшилась и показала признаки усталости после 10 минут электрической стимуляции, но в то же время восстановилась всего за один час после отдыха. Наблюдая за таким ответом на восстановление, аналогично тем, что у живых тканей , в инженерных мышечных тканях был замечательным и увлекательным результатом », — сказал Такеучи.

В настоящее время рука должна быть подвешена в жидкости так, чтобы «якоря» или «Связи», которые соединяют мышцы с рукой, могли плавать без трения, позволяя пальцам плавно двигаться. Тем не менее, команда считает, что при дальнейшем развитии можно будет построить свободно движущуюся руку.

Еще одна еще одна проблема с текущим дизайном заключается в том, что пальцы не могут быть преднамеренно возвращены в их прямую стартовую позицию, но делают это, перепрыгивая на место. Добавление упругого материала, чтобы привлечь их обратно в положение, или больше mumutas на задней части пальцев, которые сжимаются в противоположном направлении, позволило бы обеспечить больший контроль над движением пальцев.

«Основная цель биогибридной робототехники — имитировать биологические системы, что требует масштабирования их размеров. Наша разработка Mumutas является важной вехой для достижения этого», — сказал Такеучи.

«Область биогибридной робототехники все еще находится в зачаточном состоянии, со многими основополагающими проблемами, которые необходимо преодолеть. Как только эти основные препятствия будут рассмотрены, эта технология может использоваться в продвинутых протезировании, а также может служить инструментом для понимания того, как функционируют мышечные ткани в биологических Системы, чтобы проверить хирургические процедуры или лекарства, нацеленные на мышечные ткани ».