- 22,530
- 46
- 8 Ноя 2022
Исследователи MIT показали, как тонкий слой выращенной мышцы и пара искусственных сухожилий превращаются в эффективный и долговечный роботизированный захват.
Инженеры MIT придумали , как заставить «живые» мышцы в роботах работать в разы мощнее: новая система из искусственных сухожилий и выращенной в лаборатории мышечной ткани сделала биогибридный захват в три раза быстрее и увеличила передаваемое усилие в 30 раз. За счёт этого роботизированный «пинцет» с крошечным фрагментом мышц смог стабильно выполнять тысячи циклов, не рвясь и не разваливаясь, а сама технология стала заметно ближе к практическому применению.
Биогибридные роботы — это устройства, где живые мышцы играют роль привода, а остальная конструкция остаётся искусственной: каркас, датчики, электроника. До сих пор главной их проблемой была сила и надёжность: мышцы плохо передавали усилие на жёсткие детали и часто отрывались или повреждались при работе. Команда MIT предложила очевидное с точки зрения биологии, но новое для робототехники решение — добавить между мышцей и «скелетом» искусственное сухожилие.
Искусственные мышцы (Advanced Science)
Эти сухожилия сделаны из особого гидрогеля — очень прочного, эластичного и липкого материала, который умеет надёжно соединяться и с живой тканью, и с пластиком или металлом. Исследователи заранее просчитали, насколько жёсткими и гибкими должны быть такие «канаты»: смоделировали систему как три пружины — мышца, сухожилие и каркас захвата. Это позволило подобрать параметры так, чтобы мышцы не рвались, а сила передавалась максимально эффективно.
Когда гидрогелевые сухожилия изготовили, их закрепили по обе стороны от узкой полоски выращенной в лаборатории мышечной ткани, а свободные концы обернули вокруг выступов на пальцах роботизированного захвата. Такая конструкция работает как биомеханический мост: сухожилие достаточно мягкое, чтобы не травмировать живую ткань, и достаточно прочное, чтобы уверенно тянуть жёсткий каркас.
При стимуляции мышца сокращалась, а сухожилия передавали усилие на пальцы захвата . В эксперименте такой «живой» захват смог сжиматься и разжиматься более 7 000 раз подряд без заметного износа. Главное же — метрики: по сравнению с вариантом, где мышца напрямую тянет конструкцию, система с сухожилиями двигалась в три раза быстрее и развивала в 30 раз больше силы. В пересчёте на эффективность это дало 11-кратный выигрыш по удельной мощности: гораздо меньше мышечной ткани — значительно больше механического выхода.
Руководитель проекта, доцент кафедры машиностроения MIT Риту Раман подчёркивает, что ключевая идея — модульность. Искусственные сухожилия выступают как стандартные сменные соединители между мышечными «двигателями» и роботическими «скелетами». Это значит, что в будущем инженеры смогут сравнительно легко подбирать и комбинировать разные мышцы и конструкции под конкретные задачи, не изобретая заново схему крепления для каждого проекта.
Сами гидрогели, на основе которых сделаны сухожилия, разработаны в лаборатории соавтора работы Сюаньхэ Чжао. Его группа известна материалами , которые одновременно растяжимы, прочны и способны прилипать к живым тканям. В новой системе эти свойства сходятся воедино: гибкость защищает мышцу от повреждений, прочность позволяет передавать большие усилия, а липкость обеспечивает надёжное сцепление с биологическими и искусственными поверхностями.
К проекту подключился и профессор MIT Мартин Калпеппер, который разработал дизайн самого захвата — компактного, но достаточно жёсткого, чтобы выдерживать многократные быстрые движения. В результате вся система стала демонстрацией того, как можно собирать биогибридные машины из отдельных модулей: мышца, сухожилие, скелет, защитный слой.
Со стороны за работой наблюдала биомедицинский инженер Симоне Шюрле-Финке из ETH Zürich, не участвовавшая в эксперименте. По её оценке, подход MIT серьёзно улучшает передачу усилия, долговечность и модульность биогибридных приводов. Если раньше такие системы оставались во многом лабораторными демонстрациями, то теперь они становятся ближе к реальным устройствам — от мягких манипуляторов до медицинской робототехники , которая должна безопасно взаимодействовать с живыми тканями.
Команда Раман уже работает над следующими шагами: разработкой дополнительных элементов, включая «кожеподобные» защитные оболочки. В перспективе подобные биогибридные роботы могут превратиться из хрупких экспериментальных установок в полноценные машины, где небольшие фрагменты живой ткани, грамотно соединённые с искусственным скелетом, обеспечивают плавные, мощные и при этом безопасные движения. И всё это — благодаря тонким, но крайне важным гидрогелевым сухожилиям, взявшим на себя роль связующего звена между биологией и механикой.
Инженеры MIT придумали , как заставить «живые» мышцы в роботах работать в разы мощнее: новая система из искусственных сухожилий и выращенной в лаборатории мышечной ткани сделала биогибридный захват в три раза быстрее и увеличила передаваемое усилие в 30 раз. За счёт этого роботизированный «пинцет» с крошечным фрагментом мышц смог стабильно выполнять тысячи циклов, не рвясь и не разваливаясь, а сама технология стала заметно ближе к практическому применению.
Биогибридные роботы — это устройства, где живые мышцы играют роль привода, а остальная конструкция остаётся искусственной: каркас, датчики, электроника. До сих пор главной их проблемой была сила и надёжность: мышцы плохо передавали усилие на жёсткие детали и часто отрывались или повреждались при работе. Команда MIT предложила очевидное с точки зрения биологии, но новое для робототехники решение — добавить между мышцей и «скелетом» искусственное сухожилие.
Искусственные мышцы (Advanced Science)
Эти сухожилия сделаны из особого гидрогеля — очень прочного, эластичного и липкого материала, который умеет надёжно соединяться и с живой тканью, и с пластиком или металлом. Исследователи заранее просчитали, насколько жёсткими и гибкими должны быть такие «канаты»: смоделировали систему как три пружины — мышца, сухожилие и каркас захвата. Это позволило подобрать параметры так, чтобы мышцы не рвались, а сила передавалась максимально эффективно.
Когда гидрогелевые сухожилия изготовили, их закрепили по обе стороны от узкой полоски выращенной в лаборатории мышечной ткани, а свободные концы обернули вокруг выступов на пальцах роботизированного захвата. Такая конструкция работает как биомеханический мост: сухожилие достаточно мягкое, чтобы не травмировать живую ткань, и достаточно прочное, чтобы уверенно тянуть жёсткий каркас.
При стимуляции мышца сокращалась, а сухожилия передавали усилие на пальцы захвата . В эксперименте такой «живой» захват смог сжиматься и разжиматься более 7 000 раз подряд без заметного износа. Главное же — метрики: по сравнению с вариантом, где мышца напрямую тянет конструкцию, система с сухожилиями двигалась в три раза быстрее и развивала в 30 раз больше силы. В пересчёте на эффективность это дало 11-кратный выигрыш по удельной мощности: гораздо меньше мышечной ткани — значительно больше механического выхода.
Руководитель проекта, доцент кафедры машиностроения MIT Риту Раман подчёркивает, что ключевая идея — модульность. Искусственные сухожилия выступают как стандартные сменные соединители между мышечными «двигателями» и роботическими «скелетами». Это значит, что в будущем инженеры смогут сравнительно легко подбирать и комбинировать разные мышцы и конструкции под конкретные задачи, не изобретая заново схему крепления для каждого проекта.
Сами гидрогели, на основе которых сделаны сухожилия, разработаны в лаборатории соавтора работы Сюаньхэ Чжао. Его группа известна материалами , которые одновременно растяжимы, прочны и способны прилипать к живым тканям. В новой системе эти свойства сходятся воедино: гибкость защищает мышцу от повреждений, прочность позволяет передавать большие усилия, а липкость обеспечивает надёжное сцепление с биологическими и искусственными поверхностями.
К проекту подключился и профессор MIT Мартин Калпеппер, который разработал дизайн самого захвата — компактного, но достаточно жёсткого, чтобы выдерживать многократные быстрые движения. В результате вся система стала демонстрацией того, как можно собирать биогибридные машины из отдельных модулей: мышца, сухожилие, скелет, защитный слой.
Со стороны за работой наблюдала биомедицинский инженер Симоне Шюрле-Финке из ETH Zürich, не участвовавшая в эксперименте. По её оценке, подход MIT серьёзно улучшает передачу усилия, долговечность и модульность биогибридных приводов. Если раньше такие системы оставались во многом лабораторными демонстрациями, то теперь они становятся ближе к реальным устройствам — от мягких манипуляторов до медицинской робототехники , которая должна безопасно взаимодействовать с живыми тканями.
Команда Раман уже работает над следующими шагами: разработкой дополнительных элементов, включая «кожеподобные» защитные оболочки. В перспективе подобные биогибридные роботы могут превратиться из хрупких экспериментальных установок в полноценные машины, где небольшие фрагменты живой ткани, грамотно соединённые с искусственным скелетом, обеспечивают плавные, мощные и при этом безопасные движения. И всё это — благодаря тонким, но крайне важным гидрогелевым сухожилиям, взявшим на себя роль связующего звена между биологией и механикой.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
