Эта инновация объединяет выращенные в лаборатории человеческие мышцы с механическими компонентами, открывая новую эру в робототехнике и протезировании.
Прорыв в биогибридной робототехнике
Японские исследователи совершили настоящий прорыв в создании робота, который использует живые человеческие ткани. Команда ученых из Токийского университета и Университета Васэда разработала биогибридную роботизированную руку, приводимую в действие лабораторно выращенной человеческой мышечной тканью. Мы считаем это достижение революционным, поскольку оно представляет собой значительный шаг вперед в слиянии биологических элементов с механическими системами.
Новое устройство длиной 18 сантиметров имеет пять независимо двигающихся пальцев и ладонь размером около 6 сантиметров, что сопоставимо с размером руки новорожденного ребенка. Функционирует рука, будучи погруженной в питательный культуральный раствор, а ее движения контролируются электрической стимуляцией, подаваемой через водонепроницаемые кабели. Это самый крупный биогибридный робот такого типа, и его разработка представляет огромный потенциал для будущего протезирования и создания человекоподобных роботов.
Мы можем с уверенностью сказать, что этот проект выводит нас на новый уровень понимания того, как можно интегрировать живые ткани в механические системы. В отличие от предыдущих биогибридных устройств, которые могли выполнять только одиночные движения суставов и были ограничены размером около 1 см, эта рука способна на сложные движения пальцев.
Технология MuMuTA: гениальное решение проблемы некроза
Ключевой инновацией биогибридной руки является разработка актуаторов из множественных мышечных тканей (MuMuTA). Эти актуаторы состоят из тонких нитей человеческой скелетной мышечной ткани, выращенных в лаборатории и свернутых в "суши-подобные" пучки для формирования сухожилий. Данный инженерный подход преодолевает значительную проблему в биогибридной робототехнике: тенденцию толстой мышечной ткани к некрозу из-за недостаточной доставки питательных веществ к ее ядру.
Используя множество тонких мышечных нитей, объединенных вместе, исследователи обеспечили адекватное снабжение питательными веществами при сохранении правильного выравнивания мышечных волокон. Этот подход позволил создать сухожилия, достаточно сильные для управления более крупной структурой руки. Технология MuMuTA не только обеспечивает движения руки, но и имитирует поведение человеческих мышц, проявляя усталость после непрерывного использования и восстанавливаясь путем поглощения сахара из культуральной среды.
Мы называем этот дизайн "сушиобразным", что очень точно описывает структуру пучков мышечной ткани. Фактически, вы можете представить себе эти структуры как тонкие мышечные ткани, скрученные в цилиндры, подобно тому, как шеф-повар заворачивает начинку в суши-роллы.
Впечатляющие возможности и физиологические особенности
Биогибридная рука демонстрирует удивительные способности, выполняя различные жесты и задачи. Она может формировать жест "ножницы", сгибая мизинец, безымянный палец и большой палец. Кроме того, устройство способно захватывать и перемещать небольшие предметы, например, наконечники пипеток, а также сгибать многосуставные пальцы как по отдельности, так и одновременно.
Находясь в культуральном растворе, рука работает около 10 минут, прежде чем наступает мышечная усталость, что имитирует человеческую физиологию. После часа отдыха, в течение которого мышцы поглощают сахар из раствора, рука полностью восстанавливает свою функциональность. Хотя в настоящее время она не может поднимать более тяжелые предметы, исследователи стремятся улучшить ее силу, одной из целей является способность поднять яблоко.
Мы наблюдаем в этой технологии удивительную имитацию естественного поведения живых мышц. Вы, вероятно, замечали, как ваши собственные мышцы устают после интенсивной нагрузки и восстанавливаются после отдыха - точно так же ведет себя и эта биогибридная система, что делает ее по-настоящему уникальной.
От лаборатории к реальному применению: перспективы технологии
Потенциал биогибридной руки выходит далеко за рамки ее нынешних возможностей, и исследователи видят множество применений в медицине и робототехнике. Эта технология может проложить путь к передовым мышечно-управляемым протезам конечностей, предлагая более естественное движение и сенсорную обратную связь для людей с ампутациями.
В области робототехники интеграция живой мышечной ткани может привести к разработке более человекоподобных роботов с более плавными и естественными движениями. Кроме того, биогибридная система служит ценной моделью для тестирования лекарств, потенциально ускоряя фармацевтические исследования и разработки.
Мы считаем, что эта технология также может иметь применение в области хирургии и микроманипуляций, где требуется исключительная точность движений. Вы можете представить себе будущее, где хирурги используют такие биогибридные манипуляторы для проведения особо сложных операций, требующих высокой точности и естественности движений.
В поисках идеального симбиоза биологии и техники
Несмотря на значительный прогресс, достигнутый японскими исследователями, впереди еще много работы. Текущие ограничения, такие как необходимость функционирования в жидкой среде и отсутствие активного механизма для возврата пальцев в исходное положение, представляют собой проблемы, которые еще предстоит решить.
Профессор Сёдзи Такэути, специализирующийся на машиностроении, считает, что это исследование прокладывает путь к увеличению мышечной силы в биогибридной руке робота: "Это может привести к созданию человекоподобного робота или точного протеза руки". Его команда продолжает работать над усовершенствованием технологии, стремясь преодолеть существующие ограничения.
Мы наблюдаем, как стираются границы между живым и неживым, между биологией и технологией. Вы становитесь свидетелями начала новой эры, где искусственное и естественное сливаются воедино, создавая нечто поистине революционное.
Заключение: на пороге новой эры протезирования и робототехники
Биогибридная рука, разработанная японскими учеными, представляет собой впечатляющее достижение на стыке биологии и инженерии. Объединяя лабораторно выращенные человеческие мышцы с механическими компонентами, исследователи создали устройство, которое не только демонстрирует сложные движения, но и имитирует физиологические особенности человеческих мышц.
Технология MuMuTA решает давнюю проблему некроза в биогибридных системах, открывая путь к созданию более крупных и сложных устройств. Потенциальные применения этой технологии в медицине, робототехнике и фармацевтических исследованиях огромны и могут привести к значительным прорывам в этих областях.
Мы стоим на пороге новой эры, где граница между человеком и машиной становится все более размытой. И хотя предстоит еще многое сделать для преодоления существующих ограничений, прогресс, достигнутый на сегодняшний день, вдохновляет и открывает захватывающие перспективы.
Благодарю вас за интерес к этой увлекательной теме. Подпишитесь, чтобы не пропустить новые статьи о прорывных технологиях и научных открытиях, которые меняют наш мир.