Walaupun separuh lelaki, separuh robot mungkin kelihatan seperti lambang fiksyen sains, ia adalah a membangunkan realiti kepada pasukan penyelidik di Universiti Tokyo.

Pasukan telah mencipta satu kaedah untuk berjaya tumbuh dan mengintegrasikan otot hidup ke dalam rangka robot yang boleh berfungsi selama lebih dari seminggu.

Hasilnya adalah mesin seperti manusia, yang dikenali sebagai robot biohybrid, yang dapat melakukan tugas-tugas seperti meletakkan cincin pada jarinya, dan mengambil objek.  

Kajian ini diterbitkan dalam talian di Sains Robotik.

Robot biohybrid

Bidang baru robot biohidrofokus memberi tumpuan kepada menggabungkan tisu organik hidup ke dalam mesin, bukan hanya logam dan plastik.

Oleh kerana fungsinya dan pergerakannya, otot telah dianggap sebagai komponen penting untuk robot biohybrid, tetapi isu pemeliharaan telah membuat sukar bagi para penyelidik untuk bekerja dengannya. Upaya sebelumnya telah bergelut dengan jumlah otot daya yang boleh digunakan sebelum ia mula mengecil dan kehilangan fungsi.

Walau bagaimanapun, pasukan Universiti Tokyo telah menemui satu cara untuk mengelakkan masalah itu.

Dengan membina otot dari awal, bukannya bergantung pada mengekstrak dan menggunakan otot yang sudah terbentuk dari badan, para penyelidik telah mencapai kadar pemuliharaan yang lebih lama.

Di samping itu, mereka memasukkan otot ke dalam robot sebagai pasangan antagonistik, yang bermakna, sebagai satu kontrak otot, yang lain melegakan. Dengan cara ini, robot biohybrid meniru fungsi yang serupa dengan manusia.

Bagaimana ia berfungsi

Untuk membina robot, penyelidik mula-mula membina rangka, yang termasuk sendat berputar, jangkar di mana otot-otot boleh dipasang, dan elektrod untuk memberikan stimulasi untuk memulakan kontraksi otot.

Kemudian, mereka berusaha untuk mengembangkan otot.

Untuk mencapai ini, mereka menggunakan lembaran hidrogel yang mengandungi sel-sel prekursor otot yang dipanggil myoblasts, serta lubang untuk melampirkan helaian ke robot, dan garis-garis untuk memastikan serat otot terbentuk dengan cara sejajar.

"Untuk membina tisu-tisu otot pada rangka robot, kami memasang helai hidrogel yang dipenuhi myoblast pada tulang dan membudayakannya," katanya. Yuya Morimoto, penyelidik penyelidikan di universiti Institut Sains Perindustrian dan pengarang utama kajian. "Kami telah mengetahui manipulasi tisu otot dalam medium kultur adalah sukar, jadi kami telah mengamalkan manipulasi lembaran hidrogel sarat myoblast sebelum pembentukan tisu otot rangka.

Setelah otot dibina, mereka berjaya menggunakannya sebagai pasangan antagonis dalam robot, bekerja dengan otot seperti yang mereka lakukan dalam tubuh manusia.

"Dalam robot, ketegangan tisu-tisu otot rangka antagonistik seimbang seimbang dengan tubuh kita. Oleh itu, pengambilan sel-sel otot skeletal terpilih mencapai putaran besar sendi, dan mengimbangi ketegangan mereka menghalang pengecutan spontan mereka yang menyebabkan kehilangan kontraksi otot, "kata Morimoto.

Menguji robot

Untuk menguji fungsi robot, para penyelidik memberi tumpuan kepada dua aplikasi: Memiliki satu robot mengambil dan meletakkan cincin di jarinya, dan mempunyai dua robot bekerja bersama-sama untuk mengambil bingkai persegi.

Hasilnya menunjukkan bahawa robot boleh melakukan kedua-dua tugas dengan baik, dan dengan gelangsar fleksibel jari-jari 90, mereka dapat meniru tindakan jari manusia.

"Penemuan kami menunjukkan bahawa, menggunakan susunan otot ini, robot ini dapat meniru tindakan jari manusia," kata Morimoto dalam satu kenyataan. "Sekiranya kita dapat menggabungkan lebih banyak otot ke dalam satu peranti, kita sepatutnya dapat menghasilkan semula interaksi otot yang kompleks yang membolehkan tangan, tangan, dan bahagian-bahagian badan lain berfungsi."

Langkah seterusnya

Pada masa ini, para penyelidik menggunakan elektrod untuk mengikat kontraksi otot. Walau bagaimanapun, mereka percaya bahawa pada masa akan datang, robot biohybrid mereka akan berfungsi lebih serupa dengan tubuh manusia.

"Dalam kajian ini, kami menggunakan rangsangan elektrik untuk mendorong pengecutan otot. Walau bagaimanapun, rangsangan elektrik bukan merupakan kaedah optimum untuk tisu otot. Sama seperti badan kita, kita akan membina tisu otot rangka dengan neuron motor dan mengawal penguncupan otot oleh isyarat saraf pada masa akan datang, "kata Morimoto.

Mereka yakin bahawa robot mereka akan menyediakan model fisiologi yang relevan untuk kajian ilmiah masa depan. Aplikasi yang berpotensi termasuk menggunakan robot untuk menilai pembangunan dadah dan ujian toksin, menurut Morimoto.

"Teknologi ini akan memberikan pengetahuan yang berguna untuk membangunkan robot biohybrid yang maju untuk kajian biologi dari sepasang otot rangka otot," katanya.