Японские учёные создали биогибридную руку, способную играть в «камень, ножницы, бумага»

16.02.2025 18:28:00 | iXBT.com

Японские учёные создали биогибридную руку, способную двигать предметы и делать жест «ножницы». Исследователи из Токийского университета и Университета Васэда разработали технологию, позволяющую искусственной конечности выполнять сложные движения. Ключевым достижением стало создание множественных мышечных тканевых актуаторов (MuMuTA), представляющих собой тонкие нити выращенной в лаборатории мышечной ткани, свёрнутые в рулоны.

Биогибридная рука длиной 18 см состоит из пластикового каркаса, напечатанного на 3D-принтере, и сухожилий из мышечной ткани, которые приводят в движение пальцы. В отличие от предыдущих биогибридных устройств, ограниченных простыми движениями или небольшими размерами, новая разработка обладает многосуставными пальцами, способными двигаться как по отдельности, так и вместе для манипуляции предметами.

Мышечные актуаторы MuMuTA крепятся на предплечье руки по паре на каждый палец. Золотые электроды, вставленные с обеих сторон каждого MuMuTA, проводят электрический ток, который сокращает мышцы с разной силой. Механизм с тросовым приводом в руке преобразует прямые сокращения мышц во вращательные движения для суставов. Источник: X. Ren, Y. Morimoto and S. Takeuchi, 2025/ Science Robotics

Профессор Сёдзи Такэути из Токийского университета пояснил, что главной проблемой было обеспечение достаточной силы сокращения и длины мышц для управления крупной структурой руки. Решением стали мышечные актуаторы MuMuTA, имитирующие работу биологических мышц для создания движения или силы и позволившие преодолеть ограничения, связанные с выращиванием толстой мышечной ткани в лабораторных условиях. Их принцип работы схож с биологическими мышцами — сокращение и расслабление для создания движения

Для демонстрации возможностей руки исследователи заставили пальцы сформировать жест «ножницы», сокращая мизинец, безымянный палец и большой палец. Кроме того, они использовали пальцы для захвата и перемещения кончика пипетки, что продемонстрировало способность руки имитировать широкий спектр действий.

Однако использование настоящей мышечной ткани имеет свои особенности. После 10 минут электрической стимуляции сила сокращения тканей уменьшалась и проявлялись признаки усталости, но после часа отдыха она восстанавливалась. Такэути отметил, что наблюдение такой реакции восстановления, схожей с живыми тканями, в искусственно выращенных мышечных тканях было удивительным результатом.

На данный момент рука должна быть погружена в жидкость, чтобы «якоря», соединяющие мышцы с рукой, могли плавать без трения, обеспечивая плавное движение пальцев. Кроме того, пальцы не могут напрямую вернуться в исходное прямое положение, а делают это, плавая на место. Исследователи планируют решить эти проблемы в будущем, добавив эластичный материал или дополнительные MuMuTA-элементы на тыльной стороне пальцев.

Профессор Такэути подчеркнул, что разработка MuMuTA-актуаторов является важной вехой в области биогибридной робототехники, которая всё ещё находится на начальной стадии развития. В будущем эта технология может быть использована в передовых протезах, а также служить инструментом для понимания функционирования мышечных тканей в биологических системах, тестирования хирургических процедур или лекарств, нацеленных на мышечные ткани.

Подробнее