Μια ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Τόκιο και το Πανεπιστήμιο Waseda ανακοίνωσε την Πέμπτη την ανάπτυξη του μεγαλύτερου «βιοϋβριδικού» χεριού, το οποίο περιλαμβάνει μέρη που κατασκευάζονται από καλλιεργημένο ανθρώπινο ιστό.
Η ομάδα, υπό την ηγεσία των Xinzhu Ren και Shoji Takeuchi από τη Σχολή Πληροφορικής και Τεχνολογίας του Πανεπιστημίου του Τόκιο και του Yuya Morimoto, αναπληρωτή καθηγητή στη Σχολή Επιστήμης και Μηχανικής του Πανεπιστημίου Waseda, δημιούργησε ένα πολυαρθρικό ρομποτικό χέρι με κίνηση, που τροφοδοτείται από ζωντανό μυϊκό ιστό.
Το χέρι έχει μέγεθος περίπου 18 εκατοστά, το οποίο αντιστοιχεί στο μέγεθος ενός νεογέννητου (6 εκατοστά), και διαθέτει πέντε δάχτυλα που κινούνται ανεξάρτητα το ένα από το άλλο.
Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Science Robotics.
Η βασική καινοτομία έγκειται στον πρόσφατα αναπτυγμένο ενεργοποιητή πολλαπλών μυϊκών ιστών της ομάδας, μια μυϊκή δομή υψηλής απόδοσης που δημιουργείται με τη δέσμευση εξαιρετικά λεπτών ινών καλλιεργημένου ανθρώπινου ιστού σε σχηματισμό σαν «ρολό σούσι» για να λειτουργεί ως ένας μεγαλύτερος μυς.
Αυτός ο σχεδιασμός διασφαλίζει ότι κάθε σκέλος λαμβάνει επαρκή θρεπτικά συστατικά, αποτρέποντας τη νέκρωση και διατηρώντας την ευθυγράμμιση των μυϊκών ινών.
Αυτά τα ζητήματα αποτέλεσαν εμπόδιο στην αύξηση του πάχους των συμβατικών βιοϋβριδικών ενεργοποιητών, οι οποίοι τυπικά έχουν περιοριστεί σε μέγεθος περίπου 1 εκατοστού και είναι ικανοί να ενεργοποιούν μόνο μία άρθρωση. Ο νέος σχεδιασμός καθιστά εφικτή την επίτευξη μεγαλύτερων αποστάσεων συστολής και υψηλότερης δύναμης και ταχύτητας συστολής.
Στο έργο, το σκελετικό πλαίσιο και οι τεχνητοί μύες λειτουργούν ενώ βυθίζονται σε διάλυμα καλλιέργειας μέσα σε μια δεξαμενή. Όταν διεγείρονται με ηλεκτρισμό, οι μύες συστέλλονται, τραβώντας λεπτά καλώδια που λυγίζουν τα δάχτυλα.
Το σύστημα μιμείται την κόπωση των ανθρώπινων μυών: μετά από περίπου 10 λεπτά κίνησης, οι μύες εξασθενούν, αλλά ανακάμπτουν μετά από μία ώρα απορροφώντας ζάχαρη από το διάλυμα.
Ενσωματώνοντας τον ενεργοποιητή με μια ρομποτική σκελετική δομή, οι ερευνητές επέδειξαν πολύπλοκες κινήσεις των δακτύλων, συμπεριλαμβανομένης της ικανότητας αναπαραγωγής χειρονομιών και χειρισμού μικρών αντικειμένων, όπως άκρες πιπέτας με ακρίβεια.
Ενώ το χέρι δεν μπορεί ακόμη να πιάσει ή να κρατήσει βαρύτερα αντικείμενα, η ανακάλυψη προσφέρει πιθανές εφαρμογές πέρα από τη ρομποτική, συμπεριλαμβανομένων των μυϊκών προσθετικών μελών και μοντέλων για δοκιμή φαρμάκων.
«Ένας κύριος στόχος της βιοϋβριδικής ρομποτικής είναι η μίμηση των βιολογικών συστημάτων. … Η ανάπτυξή μας (του ενεργοποιητή) είναι ένα σημαντικό ορόσημο για την επίτευξη αυτού του στόχου», δήλωσε ο Takeuchi.
«Ο τομέας της βιοϋβριδικής ρομποτικής είναι ακόμα στα σπάργανα, με πολλές θεμελιώδεις προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν. Μόλις αντιμετωπιστούν αυτά τα βασικά εμπόδια, αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε προηγμένες προσθετικές και θα μπορούσε επίσης να χρησιμεύσει ως εργαλείο για την κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των μυϊκών ιστών στα βιολογικά συστήματα, για τη δοκιμή χειρουργικών επεμβάσεων ή φαρμάκων που στοχεύουν μυϊκούς ιστούς».