Robotyka miękka i biohybrydy to stosunkowo młode obszary nauki, w których inżynierowie próbują łączyć żywe tkanki z syntetycznymi komponentami. Choć dotąd widzieliśmy już eksperymentalną, sztuczną rybę napędzaną komórkami ludzkiego serca czy robota korzystającego z ucha szarańczy, praktyczne zastosowania tej technologii pozostawały ograniczone. Teraz jednak naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego i Uniwersytetu Waseda zaprezentowali przełomowy model biohybrydowej ręki o długości 18 cm, zdolnej do wykonywania skomplikowanych ruchów.
Czytaj też: Robotyczna krew zmienia oblicze współczesnej robotyki. Przełomowe odkrycie naukowców
Proces budowy rozpoczął się od hodowli włókien mięśniowych w laboratorium. Ponieważ pojedyncze włókna były zbyt słabe, by samodzielnie napędzać ruchy ręki, naukowcy połączyli je w struktury zwane MuMuTAs (Multiple Muscle Tissue Actuators). To przypominające sushi rolki pęczki tkanki, które następnie przymocowano do wykonanej w technice druku 3D dłoni. Tak skonstruowana ręka posiadała elastyczne stawy umożliwiające ruch.
Prof. Shoji Takeuchi z Uniwersytetu Tokijskiego mówi:
Naszym największym osiągnięciem było opracowanie MuMuTAs. Te cienkie pasma mięśniowe, zwinięte w wiązki, pozwoliły nam wygenerować wystarczającą siłę skurczu, by poruszyć dużą strukturę, jaką jest sztuczna dłoń.
Biohybrydowa ręka, jakiej jeszcze nie było
Aby wprawić rękę w ruch, badacze zastosowali impulsy elektryczne. Dzięki temu udało się osiągnąć precyzyjne ruchy, takie jak zaciśnięcie palców wokół pipety czy ułożenie ich w gest nożyczek. Jednak jednym z najbardziej fascynujących odkryć był fakt, że mięśnie w biohybrydowej ręce – podobnie jak w organizmie człowieka – ulegały zmęczeniu.
Czytaj też: Roboty na wysokościach. Maszyny zmieniają oblicze budownictwa
Prof. Shoji Takeuchi wyjaśnia:
Po 10 minutach stymulacji elektrycznej siła skurczu mięśni zaczęła spadać, co przypomina zmęczenie obserwowane w naturalnych tkankach. Co ciekawe, po godzinie odpoczynku mięśnie odzyskały swoją pierwotną sprawność. To zjawisko regeneracji w sztucznie wyhodowanych tkankach było dla nas niezwykle inspirujące.
To spostrzeżenie nie tylko świadczy o zaawansowaniu technologii, ale również otwiera nowe możliwości badań nad mechanizmami zmęczenia mięśniowego oraz testowania terapii medycznych.
Pomimo imponujących wyników opisanych w Science Robotics, biohybrydowa ręka na razie pozostaje modelem badawczym. Jednym z wyzwań było zapewnienie płynności ruchu. Aby to osiągnąć, całą konstrukcję zanurzono w płynie zmniejszającym tarcie. Płyn nie tylko ułatwiał ruch stawów, lecz także umożliwiał powrót palców do pozycji wyjściowej po skurczu mięśni.
Naukowcy planują dalsze eksperymenty, które pozwolą uniezależnić rękę od zanurzenia w cieczy. Potencjalnym rozwiązaniem może być zastosowanie sprężystych elementów lub dodatkowych MuMuTAs działających antagonistycznie, na wzór mięśni prostowników i zginaczy w ludzkiej ręce.
Biohybrydowa ręka to krok w stronę tworzenia robotów zdolnych do delikatnych, precyzyjnych ruchów – niezbędnych w chirurgii czy opiece medycznej. Ponadto technologia może znaleźć zastosowanie w tworzeniu nowej generacji protez, które będą nie tylko funkcjonalne, lecz również bardziej “żywe” w działaniu.
