Если у роботов будут мышцы человека

По мере того, как робототехника становится все более и более продвинутой, мы начинаем видеть больше роботов, которые выглядят и двигаются так же, как и люди. 

Но есть еще некоторые возможности для улучшения, например, добавление роботам человеческих мышц и предоставление им лица, а также, возможно, сделать так, чтобы их электронный «мозг» работал так же, как работает человеческий мозг.

Это сложная вещь  —  мышцы, лицо и мозг, как у людей. Мы всё еще работаем над тем, чтобы подобраться к этому. И один из способов сделать это  —  заменить металлические детали робототехники человеческими. Хотя это может звучать как Двухсотлетний человек из научно-фантастической повести Айзека Азимова, человек-робот, киборг, гибрид биотенологий и робототехники  —  это не научно-фантастическая мечта, это реальное поле деятельности, которое уже существует и оно существует уже довольно давно. И это не просто способ сделать более реалистичные роботы. Подражая нашим телам, биогибридные роботы могут помочь учёным узнать больше о том, как мы двигаемся, почему мы устроены так, как мы есть, и как исправить все эти движущиеся части организма, когда что-то идет не так. Это также поможет учёным узнать, как человек может развиваться, чтобы сделать человеческое тело лучше.

Это, по сути, создание человеческого тела, чтобы узнать о человеческом теле.

 

Как и для человеческого тела, роботу обычно нужен скелет и способы перемещения этого скелета. Они включают моторы и приводы, которые придают вращательные или линейные усилия к соединениям скелета.

У биогибридных роботов эти движения скелета происходят пи помощи живой мышечной ткани. Конечно, ученые не просто берут у людей целиком мышцу и используют её на металлическом роботе. По крайней мере, если это и так, они нам не говорят.

Во всяком случае, мы не знаем, что они делают в своей компьютерной лаборатории. Но, легальные ученые выращивают свои мышцы. Это происходит в лаборатории культивирования миобластов —  эмбриональных клеток с уникальной способностью дифференцироваться в различные клетки мышц в процессе миогенеза.

Чтобы заставить мышцы расти так, как надо, ученые создают каркас в виде гидрогеля, специального геля на водной основе, который отлично поглощает и удерживает клетки. Внутри гидрогеля клетки образуют мышечные волокна, длинные нити мышечных клеток, которые соединяются в одном направлении. Изменяя форму гидрогеля, учёные получают контроль над выравниванием мышечных волокон в заданном направлении. И как только эти мышечные массивы сформированы, небольшой электрического импульс заставляет их сокращаться. После этого они готовы к подключению к суставам роботизированного скелета.

Ученые из Токийского университета в начале 2018 года сумели заставить работать небольшие мышцы. Однако, есть ряд ограничений, которые необходимо преодолеть, прежде чем биогибридные роботы начнут реально работать. Мышцы, выращенные в лаборатории, не имеют никакого способа восстанавливать себя, поэтому они остаются работоспособными всего от нескольких дней до недели.

В вашем теле мышцы получают необходимое питание через кровь. Но у биогибридных роботов нет системы обмена жидкости, поэтому как только мышечные ткани изнашиваются, их надо менять. И это изнашивание ускоряется трением, возникающим при движении мышц. Мышцы живого человека окружены жировой тканью и фасцией —  соединительными тканями, которые разделяют отдельные мышцы и помогают им плавно скользить друг мимо друга.

Таким образом, чтобы дольше работать, биогибридным роботам нужна какая-то биосовместимая смазка для снижения трения, например, биологическая WD40.

 

Кроме того, часть электростимуляции может использовать некоторую работу. Пока она выполняет свою работу, трудно точно контролировать, насколько сильно сокращается мышца, особенно для длительных сокращений. Так что мелкие двигательные движения пока не возможны. Электричество также способствует износу.

Мускулы должны оставаться влажными, поэтому использование электричества неизбежно приводит к тому, что часть влаги будет разделяться на водород и кислород — этот процесс называется электролизом. Выделяющиеся в результате электролиза пузырьки газа, в свою очередь, еще больше повреждают мышцы. Один из возможных способов обойти это — вырастить двигательные нейроны в мышечной ткани и позволить им управлять мышцами.

Создание роботов с живыми мышечными тканями может показаться бессмысленным, но есть некоторые веские причины для продолжения совершенствования этих биогибридных роботов, даже если они кажутся довольно жуткими.

Одним из больших преимуществ использования реальных мышц является их гибкость. Идея использования мягких, гибких движущихся частей является движущей силой в области Soft Robotics. Эти роботы используют гибкие вещи, такие как трубы и надувные камеры, вместо металлических двигателей. И эта их гибкость позволяет им лучше адаптироваться к новым задачам.

Гибкий манипулятор Soft Robotics

 

Биогибридные роботы могут привести к созданию более гибких и мягких роботов, в том числе безопасных для использования на наших телах или даже в наших телах, поскольку у них не будет острых частей или химикатов, наносящих вред живым клеткам. Но то, что действительно увлекательно для учёных, заключается в том, что биогибридный робот может двигаться так, как мы. Это означает, что они могут помочь нам понять, почему мы двигаемся именно так, как мы делаем, а также как наш мозг контролирует наши тела, и как исправить ошибочные действия.

Человеческое тело  —  невероятно сложная машина. Сотни мышц отвечают за перемещение суставов в наших конечностях, которые позволяют нам работать, играть и делать то, что мы повседневно.

Несколько мышц могут быть ответственны за одно движение, а одна мышца может способствовать нескольким различным движениям. И это означает, что если у кого-то развиваются двигательные нарушения, бывает очень трудно точно понять, что происходит.