改善了生物肌肉與機(jī)器人的融合

生物混合機(jī)器人技術(shù)的新領(lǐng)域涉及在機(jī)器人中使用活組織，而不僅僅是金屬和塑料。肌肉是這種機(jī)器人的一個(gè)潛在關(guān)鍵組成部分，為運(yùn)動(dòng)和功能提供動(dòng)力。然而，在努力將活體肌肉整合到這些機(jī)器中時(shí)，存在這些肌肉可以施加的力以及它們開始收縮并失去其功能之前的時(shí)間量的問題。

現(xiàn)在，在“ 科學(xué)機(jī)器人 ”雜志上發(fā)表的一項(xiàng)研究報(bào)告中，東京工業(yè)大學(xué)研究所的研究人員通過開發(fā)一種新方法克服了這些問題，這種方法從單個(gè)肌肉前體細(xì)胞發(fā)展到肌肉細(xì)胞填充片，再到功能完善的骨骼肌組織。他們將這些肌肉整合到生物混合機(jī)器人中，作為對(duì)抗體模仿體內(nèi)的那些，以實(shí)現(xiàn)卓越的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和持續(xù)肌肉功能超過一周。

該團(tuán)隊(duì)首先構(gòu)建了一個(gè)機(jī)器人骨架，用于安裝這對(duì)運(yùn)動(dòng)肌肉。這包括可旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)，肌肉可以附著的錨，以及提供刺激以誘導(dǎo)肌肉收縮的電極。對(duì)于機(jī)器人的活體肌肉部分，該團(tuán)隊(duì)不是提取和使用在身體中完全形成的肌肉，而是從頭開始構(gòu)建一個(gè)。為此，他們使用含有稱為成肌細(xì)胞的肌肉前體細(xì)胞的水凝膠片，將這些片材附著在機(jī)器人骨架錨上的孔，以及用于促使肌纖維以對(duì)齊方式形成的條紋。

“一旦我們建立了肌肉，我們成功地將它們用作機(jī)器人中的拮抗對(duì)，一個(gè)收縮，另一個(gè)擴(kuò)張，就像在體內(nèi)一樣，”研究通訊作者Shoji Takeuchi說。“他們相互施加相反的力量這一事實(shí)阻止了他們的萎縮和惡化，就像之前的研究一樣。”

該團(tuán)隊(duì)還在不同的應(yīng)用中對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了測(cè)試，包括一個(gè)拾取和放置一個(gè)環(huán)，并讓兩個(gè)機(jī)器人齊聲工作以拾取方框。結(jié)果表明，機(jī)器人可以很好地完成這些任務(wù)，肌肉的激活導(dǎo)致機(jī)器人末端的手指狀突起彎曲大約90°。

“我們的研究結(jié)果顯示，利用這種對(duì)抗性的肌肉排列，這些機(jī)器人可以模仿人類手指的動(dòng)作，”主要作者Yuya Morimoto說。“如果我們能夠?qū)⒏噙@些肌肉組合到一個(gè)裝置中，我們應(yīng)該能夠重現(xiàn)復(fù)雜的肌肉相互作用，讓手，手臂和身體的其他部位發(fā)揮作用。”