W porównaniu do robotów ciała ludzkie są elastyczne, zdolne do precyzyjnych ruchów i efektywnie przekształcają energię w ruch. Czerpiąc inspirację z ludzkiego chodu, naukowcy z Japonii stworzyli dwunożnego robota biohybrydowego, łącząc tkanki mięśniowe i sztuczne materiały. Metoda ta, opublikowana 26 stycznia w czasopiśmie Matter, pozwala robotowi chodzić i obracać się.
„Badania nad robotami biohybrydowymi, będącymi połączeniem biologii i mechaniki, przyciągają ostatnio uwagę jako nowa dziedzina robotyki posiadająca funkcje biologiczne” – mówi autor korespondenta Shoji Takeuchi z Uniwersytetu Tokijskiego w Japonii. „Wykorzystanie mięśni jako siłowników pozwala nam zbudować kompaktowego robota i uzyskać wydajne, ciche ruchy przy delikatnym dotyku”.
Dwunożny robot zespołu badawczego to innowacyjna konstrukcja dwunożna, która opiera się na dziedzictwie robotów biohybrydowych, które wykorzystują mięśnie. Tkanki mięśniowe napędzają roboty biohybrydowe do pełzania, pływania prosto do przodu i wykonywania zakrętów – ale nie ostrych. Jednak możliwość obracania się i wykonywania ostrych zakrętów jest kluczową cechą robotów umożliwiającą omijanie przeszkód.
Aby zbudować zwinniejszego robota wykonującego precyzyjne i delikatne ruchy, naukowcy zaprojektowali robota biohybrydowego, który naśladuje ludzki chód i działa w wodzie. Robot ma piankową bojkę na górze i obciążone nogi, dzięki którym może stać prosto pod wodą. Szkielet robota wykonany jest głównie z gumy silikonowej, która może zginać się i wyginać, dostosowując się do ruchów mięśni. Następnie badacze przyczepili paski wyhodowanych w laboratorium tkanek mięśni szkieletowych do gumy silikonowej i każdej nogi.
Kiedy badacze pobudzili tkankę mięśniową prądem, mięsień skurczył się, podnosząc nogę do góry. Następnie pięta nogi wylądowała do przodu, gdy prąd się rozproszył. Dzięki naprzemiennej stymulacji elektrycznej lewej i prawej nogi co 5 sekund robot biohybrydowy z powodzeniem „chodził” z prędkością 5,4 mm/min (0,002 mil na godzinę). Aby się obrócić, badacze wielokrotnie uderzali prawą nogą co 5 sekund, podczas gdy lewa noga służyła jako kotwica. Robot wykonał skręt w lewo o 90 stopni w 62 sekundy. Odkrycia wykazały, że napędzany mięśniami dwunożny robot może chodzić, zatrzymywać się i wykonywać precyzyjne ruchy obrotowe.
„Obecnie ręcznie przesuwamy parę elektrod, aby przyłożyć pole elektryczne indywidualnie do nóg, co wymaga czasu” – mówi Takeuchi. „Spodziewamy się, że w przyszłości, integrując elektrody z robotem, zwiększymy prędkość w bardziej efektywny sposób”.
Zespół planuje także wyposażyć dwunożnego robota w stawy i grubsze tkanki mięśniowe, aby umożliwić bardziej wyrafinowane i mocniejsze ruchy. Takeuchi twierdzi jednak, że zanim zmodernizuje robota za pomocą większej liczby komponentów biologicznych, zespół będzie musiał zintegrować system dostarczania składników odżywczych, aby utrzymać żywe tkanki i struktury urządzeń, które pozwolą robotowi działać w powietrzu.
„Podczas naszego regularnego spotkania w laboratorium rozległy się wiwaty, gdy zobaczyliśmy, jak na nagraniu robot pomyślnie przechodzi” – mówi Takeuchi. „Chociaż mogą się one wydawać małymi krokami, w rzeczywistości są one gigantycznym krokiem naprzód dla robotów biohybrydowych”.
Prace te były wspierane przez program JST-Mirai, badania JST Fusion Oriented Research na rzecz przełomowej nauki i technologii oraz Japońskie Towarzystwo Promocji Nauki.