Forbedret integration af levende muskler i robotter

Det nye felt inden for biohybrid robotteknologi involverer brugen af ​​levende væv i robotter, frem for bare metal og plast. Muskler er en potentiel nøglekomponent i sådanne robotter, giver drivkraften til bevægelse og funktion. Imidlertid, i bestræbelserne på at integrere levende muskler i disse maskiner, der har været problemer med den kraft, disse muskler kan udøve, og den tid, før de begynder at skrumpe og miste deres funktion.

Nu, i en undersøgelse rapporteret i tidsskriftet Science Robotics , forskere ved University of Tokyo Institute of Industrial Science har overvundet disse problemer ved at udvikle en ny metode, der udvikler sig fra individuelle muskelprecursorceller, til muskelcellefyldte ark, og derefter til fuldt fungerende skeletmuskelvæv. De inkorporerede disse muskler i en biohybrid robot som antagonistiske par, der efterligner dem i kroppen for at opnå bemærkelsesværdig robotbevægelse og fortsat muskelfunktion i over en uge.

Teamet konstruerede først et robotskelet til at installere parret af fungerende muskler på. Dette omfattede en drejelig samling, ankre, hvor musklerne kunne fæstne sig, og elektroder til at tilvejebringe stimulus til at inducere muskelkontraktion. For den levende muskeldel af robotten, i stedet for at udtrække og bruge en muskel, der var fuldt dannet i kroppen, holdet byggede en fra bunden. For det, de brugte hydrogelplader indeholdende muskelprecursorceller kaldet myoblaster, huller til at fastgøre disse ark til robotskelettets ankre, og striber for at tilskynde muskelfibrene til at dannes på en afstemt måde.

"Når vi havde bygget musklerne, vi brugte dem med succes som antagonistiske par i robotten, med den ene kontraherende og den anden ekspanderende, ligesom i kroppen, ", siger den tilsvarende forfatter Shoji Takeuchi. "Det faktum, at de udøvede modstridende kræfter på hinanden, stoppede dem med at skrumpe og forværres, ligesom i tidligere undersøgelser."

Holdet testede også robotterne i forskellige applikationer, inklusive at få én afhentning og anbringelse af en ring, og at få to robotter til at arbejde sammen for at samle en firkantet ramme op. Resultaterne viste, at robotterne godt kunne udføre disse opgaver, med aktivering af musklerne, der fører til bøjning af en fingerlignende fremspring for enden af ​​robotten med omkring 90°.

"Vores resultater viser, at ved at bruge dette antagonistiske arrangement af muskler, disse robotter kan efterligne handlinger af en menneskelig finger, "siger hovedforfatter Yuya Morimoto." Hvis vi kan kombinere flere af disse muskler til en enkelt enhed, vi burde være i stand til at gengive det komplekse muskulære samspil, der tillader hænder, arme, og andre dele af kroppen til at fungere."

Artiklen "Biohybrid robot drevet af et antagonistisk par skeletmuskelvæv" blev offentliggjort i Science Robotics .