Eine biohybride Hand, die Objekte bewegen und eine Scherengeste durchführen kann, wurde von einem Team an der Universität von Tokio und der Waseda University in Japan gebaut. Die Forscher verwendeten dünne Saiten aus Laborgewebemuskeln, die in Sushilike-Brötchen gebündelt wurden, um den Fingern genügend Kraft zu geben, um sich zusammenzuziehen. Diese von den Forschern geschaffenen multiplen Muskelgewebe -Aktuatoren (Mumutas) sind eine wesentliche Entwicklung, um größere biohybride Gliedmaßen zu bauen. Während Mumutas derzeit auf die Laborumgebung beschränkt ist, haben sie das Potenzial, zukünftige biohybridische Prothetik zu fördern, Drogentests am Muskelgewebe zu unterstützen und das Potenzial der biohybriden Robotik zu erweitern, um die Formen des realen Lebens nachzuahmen.
„Rock, Paper, Scissors“ ist ein klassisches Schulhofspiel oder eine schnelle Art, um Entscheidungen für die Unentschlossenheit zu treffen. Aber wählen Sie Papier und Sie werden gegen diese Roboterhand verlieren, die die Kunst der Scherengeste beherrscht. Und obwohl es wie eine einfache Bewegung erscheinen mag, ist dies im Bereich von Biohybriden und Prothesen, aber dies ist ein Sprung nach vorne in Richtung neuer Realismus- und Benutzerfreundlichkeit.
Die Hand besteht aus einer 3D-gedruckten Plastikbasis mit Sehnen des menschlichen Muskelgewebes, die die Finger bewegen. Bisher befanden sich Biohybridgeräte in der Regel in viel kleinerem Maßstab (etwa 1 Zentimeter lang) oder beschränkten sich auf einfachere oder einzelne Gelenkbewegungen. Im Gegensatz dazu hat die Biohybridhand 18 cm lang und hat mehrfachjauige Finger, die einzeln bewegt werden können, um Gesten zu erstellen oder Objekte zu manipulieren.
„Unsere wichtige Leistung war die Entwicklung der Mumutas. Dies sind dünne Muskelgewebestränge, die in einem Kulturmedium gezüchtet und dann in ein Bündel wie eine Sushi -Rolle aufgeworfen wurden, um jede Sehne zu machen“, erklärte Professor Shoji Takeuchi von der Universität von Tokio. „Die Schaffung der Mumutas ermöglichte es uns, unsere größte Herausforderung zu bewältigen, nämlich genug kontraktile Kraft und Länge in den Muskeln, um die große Struktur der Hand zu antreiben.“
Dickes Muskelgewebe, das zum Bewegen größerer Gliedmaßen benötigt wird, ist im Labor schwer zu wachsen, da es unter Nekrose leidet. Dies ist der Fall, wenn unzureichende Nährstoffe die Muskelzentrale erreichen, was zu einem Gewebeverlust führt. Durch die Verwendung mehrerer dünner Muskelgewebe, die als ein größerer Muskel zusammengefasst wurden, konnte das Team Sehnen mit ausreichender Kraft schaffen.
Die Mumutas werden mit elektrischen Strömen stimuliert, die durch wasserdichte Kabel geliefert werden. Um die Fähigkeiten der Hand zu testen, manipulierte das Team die Finger, um eine Scherengeste zu bilden, indem er den kleinen Finger, den Ringfinger und den Daumen zusammenlegte. Sie benutzten auch die Finger, um die Spitze einer Pipette zu erfassen und zu bewegen. Dies demonstrierte die Fähigkeit der Hand, eine Reihe von Aktionen nachzuahmen, da die mehrjaubierten Finger entweder separat oder gleichzeitig eine beeindruckende Leistung gebeugt werden können.
Die Verwendung von echtem Muskelgewebe wird jedoch mit einigen Nachteilen ausgestattet, wie jeder, der im Fitnessstudio war, vielleicht wissen. „Obwohl es nicht ganz überraschend war, war es interessant, dass die kontraktile Kraft des Gewebe In technischem Muskelgewebe war ein bemerkenswertes und faszinierendes Ergebnis “, sagte Takeuchi.
Derzeit muss die Hand in Flüssigkeit aufgehängt werden, damit die „Anker“ oder Krawatten, die die Muskeln mit der Hand verbinden, ohne Reibung schweben können, sodass sich die Finger reibungslos bewegen können. Das Team ist jedoch der Ansicht, dass es mit weiterer Entwicklung möglich sein wird, eine frei fließende Hand aufzubauen.
Eine weitere weitere Herausforderung mit dem aktuellen Design besteht darin, dass die Finger nicht absichtlich in ihre gerade Ausgangsposition zurückgegeben werden können, dies jedoch durch Einflüssen tun. Das Hinzufügen eines elastischen Materials, um sie wieder in Position zu bringen, oder mehr Mumutas auf der Rückseite der Finger, die sich in die entgegengesetzte Richtung zusammenziehen, würde mehr Kontrolle über die Fingerbewegung ermöglichen.
„Ein Hauptziel der biohybriden Robotik ist es, biologische Systeme nachzuahmen, was die Skalierung ihrer Größe erfordert. Unsere Entwicklung der Mumutas ist ein wichtiger Meilenstein, um dies zu erreichen“, sagte Takeuchi. „Das Gebiet der biohybriden Robotik steckt noch in den Kinderschuhen, mit vielen grundlegenden Herausforderungen. Sobald diese grundlegenden Hürden angesprochen werden Systeme, um chirurgische Eingriffe oder Arzneimittel auf Muskelgewebe zu testen. „
