Významný prelom v robotike! Vedci z MIT vytvorili umelé svaly pre robotov, ktoré sa správajú ako ľudské
Výskumníci z inštitútu MIT navrhli umelý sval, ktorý pracuje podobne ako ľudská dúhovka. Objav predstavuje významný posun v robotike.
Výskumníci z MIT v rámci novej štúdie vytvorili špeciálny druh umelého svalu, ktorý sa dokáže sťahovať vo viacerých smeroch. Táto technológia môže otvoriť cestu k takzvaným mäkkým robotom.
Človek sa dokáže hýbať vďaka spolupráci množstva svalových vlákien, ktoré sa sťahujú a naťahujú synchronizovaným spôsobom. Niektoré svaly sú vystavané v jednom smere, iné zas tvoria v tele komplexné vzorce. Všetky ale fungujú tak, aby sa naše telá dokázali pohybovať rôznymi spôsobmi.
Výskumníci sa v posledných rokoch zamerali na štúdiu svalstva a budúcnosť videli v mäkkých robotoch, ktoré by boli poháňané umelo vytvorenými svalovými vláknami. Takéto zariadenia by vedeli prekĺznuť do úzkych priestorov, kde by sa tradičné roboty nedokázali dostať. Novšie štúdie dokázali vytvoriť umelé svalstvo, no doteraz sa im podarilo vytvoriť len také svaly, ktoré sa vedia sťahovať do jedného smeru. Hoci aj to je pokrok, takéto umelé svaly limitovali pohyb robota.
Umelé tkanivo so špeciálnym dizajnom
Autori novej štúdie dokázali vyvinúť umelé svalstvo, ktoré sa dokáže sťahovať viacerými smermi a koordinovaným spôsobom. Na demonštráciu novej technológie vytvorili štruktúru, ktorá sa dokáže sťahovať koncentricky a radiálne. Pre lepšiu predstavu, umelé svaly sa dokážu hýbať ako dúhovka v ľudskom oku, ktorá buď rozťahuje alebo sťahuje zrenicu.
Umelú dúhovku výskumníci vytvorili pomocou novej metódy. Najprv 3D vytlačili malú “pečiatku” na ktorej sa nachádzali mikroskopické zárezy, pričom každý mal veľkosť približne jednej bunky. Výsledné zárezy následne otlačili na mäkkú vrstvu hydrogélu. Do hydrogélu sa zárezy otlačili a do nich výskumníci nasadili svalové bunky. V hydrogéli tieto bunky rástli pozdĺž zárezov a postupne tvorili vlákna. Keď následne výskumníci tieto vlákna stimulovali, svaly sa stiahli do viacerých smerov, podľa toho, ako boli svalové vlákna orientované.
Neprehliadni
“Vďaka dizajnu ľudskej dúhovky sme dokázali demonštrovať prvého skeletálneho robota, ktorý generuje silu vo viac ako jednom smere. To sme dokázali vďaka nášmu špeciálnemu “pečiatkovému” prístupu,” hovorí Ritu Raman, jedna z autorov štúdie.
Pečiatku s mikroskopickými zárezmi výskumníci vytvorili pomocou komerčne dostupnej 3D tlačiarne. Zároveň v štúdii vysvetľujú, že pečiatku môžeme teoreticky vytvoriť aj pre iné typy biologických tkanív, nielen svalov. Napríklad môžeme vytvoriť umelé srdcové tkanivá alebo neuróny, ktoré fungujú ako biologický originál. Výskumníci dodávajú, že na vytvorenie prirodzenej komplexnosti tkanív potrebovali mimoriadnu presnosť.
Vo výskume pokračujú aj naďalej
V ďalších krokoch chcú výskumníci vytvoriť umelé materiály, ktoré napodobňujú aktivitu a reakcie skutočných tkanív v ľudskom tele. Využitie by tieto materiály mohli mať v celom spektre rôznych odvetví, od medicíny až po inžinierstvo. Raman momentálne skúma spôsoby, akými by ich umelé tkanivo mohlo pomôcť pacientom, ktorí si prešli neuromuskulárnym zranením. Zároveň ale vidí využitie aj v robotike. Napríklad by vďaka umelým svalom mohli vytvoriť zariadenie, ktoré dokáže plávať vo vode s flexibilitou ryby.
MIT engineers have developed a method to grow artificial muscle tissue that twitches and flexes in multiple coordinated directions. As a demonstration, they grew an artificial, muscle-powered structure that pulls both concentrically and radially, much like how the iris in the… pic.twitter.com/u30NHssO3r
— Wevolver (@WevolverApp) March 18, 2025
Problémom pri práci bolo vytvoriť mikroskopické štruktúry s veľkosťou bunky. Ďalším problémom bolo prísť na to, ako dokážu “opečiatkovať” hydrogél, ktorý je sám o sebe veľmi mäkký. Autori skúšali rôzne metódy a nakoniec našli jednu, ktorá funguje. Po odhalení vhodnej metódy výskumníci spolupracovali s 3D tlačiarenskými strediskami inštitútu MIT, ktoré dokázali mimoriadne drobné štruktúry vytlačiť s potrebnou presnosťou.
Ešte pred pritlačením pečiatky na hydrogél ju výskumníci potreli proteínom, ktorý jej umožnil otlačiť sa rovnomerne a zároveň sa od gélu odlepiť bez toho, aby sa prilepila a potrhala ho. Po vytvorení umelej dúhovky ju výskumníci stimulovali svetlom. Ako sme už spomenuli, umelá dúhovka sa dokázala stiahnuť vo viacerých smeroch, rovnako ako dúhovka ľudského oka. Vďaka schopnosti stiahnuť umelé svaly vo viacerých smeroch výskumníci získali možnosť vytvoriť robotov, ktorí toho dokážu oveľa viac, než dnešné roboty.
Komentáre