Группа ученых из Токийского университета и Университета Васэда разработала биогибридную руку, способную выполнять жест «ножницы» и манипулировать мелкими предметами. В основе устройства — тонкие нити выращенной в лаборатории мышечной ткани, скрученные в цилиндры. Эти сухожилия обеспечивают достаточную силу для сокращения пальцев. Разработка пригодится в протезировании, исследованиях мышечной ткани и биогибридной робототехнике.
Для создания биогибридной руки использовался пластиковый каркас, напечатанный на 3D-принтере, и сухожилия из человеческой мышечной ткани, которые приводят в движение пальцы. В отличие от предыдущих разработок, которые были гораздо меньше (около 1 см) и могли двигать только одним суставом, эта рука имеет длину 18 см и подвижные пальцы, способные выполнять жесты и манипулировать предметами.
Ключевым достижением исследователей стало создание MuMuTAs — тонких нитей мышечной ткани, выращенных в питательной среде и свернутых в цилиндрическую структуру, похожую на суши. Это позволило сформировать сухожилия. Благодаря MuMuTAs удалось решить одну из самых сложных задач: обеспечить достаточную силу сокращения и длину мышечных волокон, необходимых для движения крупной конструкции руки.
Выращивание толстых мышечных тканей для крупных конечностей в лаборатории затруднено из-за некроза — питательные вещества не успевают добраться до центра мышцы. Однако, объединив несколько тонких мышечных волокон в одно, команда смогла создать достаточно прочные сухожилия.
MuMuTAs стимулируются электрическим током через водонепроницаемые кабели. Устройство способно имитировать различные движения благодаря подвижным пальцам, которые могут сгибаться как по отдельности, так и вместе. Например, рука смогла выполнить жест «ножницы», загнув мизинец, безымянный и большой пальцы, а также захватила и переместила кончик пипетки.
Живые мышцы, используемые в конструкции, имеют свои особенности. Как и у людей при физических нагрузках, они устают. Ученые обнаружили, что после 10 минут стимуляции сухожилия начинают слабеть. Но, что удивительно, всего через час отдыха они полностью восстанавливаются. Это показывает, что созданные мышцы функционируют почти как живые.
Сейчас рука работает только в жидкости. За счет этого «якоря», соединяющие мышцы с рукой, двигаются без трения, позволяя пальцам плавно перемещаться. Но ученые надеются создать и «сухую» версию. Другая проблема: пальцы не возвращаются в исходное положение сами. Возможно, помогут эластичные элементы или дополнительные мышцы на тыльной стороне пальцев, которые будут сокращаться в противоположном направлении. После устранения этих проблем разработка может найти применение в протезировании, а также в исследованиях мышечной ткани, тестировании хирургических методов и лекарств.
