Нов тип изкуствени сухожилия правят роботите 30 пъти по-силни

Инженери от САЩ разработиха изкуствени сухожилия от здрав и гъвкав хидрогел. Като прикрепили сухожилия, подобни на гумени ленти, към двата края на малък фрагмент от мускул, отгледан в лаборатория, те получили „мускулно-сухожилен блок“, който след това бил свързан с пръстите на роботизирана ръка. Когато мускулът адуктор е бил стимулиран, сухожилията са накарали пръстите да се свиват три пъти по-бързо и с 30 пъти по-голяма сила в сравнение с подобен проект без свързващи сухожилия.

През последните години инженерите се учат как да използват истинска мускулна тъкан за задвижване на „биохибридни роботи“, изработени както от жива тъкан, така и от изкуствени компоненти. Но в по-голямата си част тези конструкции са ограничени по отношение на количеството движение и мощност, които могат да произведат.

Новата мускулно-сухожилна единица, разработена от изследователи от Масачузетския технологичен институт, може да се превърне в универсален възел за широк спектър от биохибридни роботи. Присъщата му модулност ще опрости разработването на широк спектър от роботизирани приложения – от микрохирургични инструменти до адаптивни автономни изследователски машини, пише MIT News.

Изследователите са използвали полимерен хидрогел като материал за изкуствените сухожилия. След като експериментирали с еластичността и здравината, те разработили три вида задвижващи механизми, представляващи централен мускул, две свързващи сухожилия и устройство за захващане като скелет. Знаейки коравината на мускула и скелета, те изчисляват желаната коравина на сухожилията.

След като гелът става готов, кабелите се запълват с него и сухожилията се свързват с мускулната тъкан, отгледана в лабораторията. Краят на всяко сухожилие е прикрепен към пръст на роботизираната ръка.

Когато мускулите се свиват, сухожилията събират пръстите на захвата. По време на многобройните експерименти изследователите установили, че мускулно-сухожилният захват работи три пъти по-бързо и генерира 30 пъти по-голяма сила в сравнение със захват, задвижван само от ивица мускулна тъкан. Освен това новият дизайн поддържа тази ефективност в продължение на 7000 мускулни контракции.

Като цяло инженерите установили, че добавянето на изкуствени сухожилия е увеличило съотношението мощност/тегло на робота 11 пъти. С други думи, системата се нуждае от много по-малко мускули, за да извърши същото количество работа.

„Повечето задвижващи механизми, с които инженерите обикновено работят, е много трудно да се направят малки“, обяснява Риту Раман, ръководител на изследователския проект. – „След определен размер основните физични закони спират да действат. Предимството на мускулите е, че всяка клетка е независим изпълнителен механизъм, който генерира сила и създава движение. По този начин по принцип могат да се създават роботи, които са наистина малки.“

Мускулните задвижващи механизми имат и други предимства, които екипът на Раман вече е демонстрирал: тъканта може да става по-силна, докато се тренира, и да се възстановява по естествен начин, когато е наранена. Това означава, че мускулните роботи могат да бъдат изпратени да изследват места, които са твърде отдалечени или опасни за хората. А биороботите биха могли да извършват операции в човешкото тяло.