Искусственные сухожилия придают роботам с мускульным приводом дополнительную силу

Наши мышцы – это природные приводы. Именно сухожильная ткань генерирует силы, приводящие наши тела в движение. В последние годы инженеры используют настоящую мышечную ткань для приведения в действие «биогибридных роботов», созданных как из живой ткани, так и из синтетических компонентов. Сочетая выращенные в лаборатории мышцы с синтетическими скелетами, исследователи создают целый ряд гусеничных, шагающих, пловцов и захватных устройств, приводимых в движение мускулами. Однако в большинстве случаев эти конструкции ограничены в объёме движений и мощности. Теперь инженеры Массачусетского технологического института стремятся наделить биоботов способностью поднимать грузы с помощью искусственных сухожилий. В исследовании, опубликованном в журнале Advanced Science, учёные разработали искусственные сухожилия из прочного и гибкого гидрогеля. Они прикрепили эти похожие на резинку сухожилия к концам небольшого фрагмента выращенной в лаборатории мышцы, образовав «мышечно-сухожильный блок». Затем они соединили концы каждого искусственного сухожилия с пальцами роботизированного захвата. При стимуляции центральной мышцы сухожилия стягивали пальцы захвата. Робот сжимал пальцы в три раза быстрее и с 30-кратным увеличением силы по сравнению с той же конструкцией без соединительных сухожилий. Исследователи предполагают, что новый мышечно-сухожильный блок может быть адаптирован к широкому спектру конструкций биогибридных роботов, подобно универсальному инженерному элементу. «Мы используем искусственные сухожилия в качестве сменных соединителей между мышечными приводами и роботизированными скелетами», — говорит ведущий автор Риту Раман, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института. «Такая модульность может упростить разработку широкого спектра робототехнических приложений — от микрохирургических инструментов до адаптивных автономных исследовательских машин». Соавторами исследования из Массачусетского технологического института являются аспиранты Николас Кастро, Махира Бава, Бастьен Аймон, Соника Кохли и Энджел Бу; студентка Анника Маршнер; постдок Рональд Хайссер; выпускницы Сара Дж. Ву (выпуск 2019 г., магистр наук (выпуск 2021 г.), доктор философии (выпуск 2024 г.) и Лора Росадо (выпуск 2022 г., магистр наук (выпуск 2025 г.); а также профессора мехатроники Мартин Калпеппер и Сюаньхэ Чжао. Рост мышц Раман и её коллеги из Массачусетского технологического института находятся на переднем крае биогибридной робототехники , относительно нового направления, возникшего в последнее десятилетие. Они специализируются на сочетании синтетических структурных роботизированных деталей с живой мышечной тканью в качестве естественных актуаторов. «Большинство приводов, с которыми обычно работают инженеры, очень сложно сделать маленькими», — говорит Раман. «После определённого размера базовые физические законы перестают работать. Преимущество мышц в том, что каждая клетка — это независимый привод, который генерирует силу и обеспечивает движение. Так что, в принципе, можно создавать роботов действительно маленького размера». Мышечные приводы обладают и другими преимуществами, которые команда Рамана уже продемонстрировала: ткань может укрепляться по мере тренировки и естественным образом восстанавливаться при травмах. По этим причинам Раман и другие предполагают, что мускулистых дроидов когда-нибудь можно будет отправлять исследовать места, слишком удалённые или опасные для человека. Такие мускулистые роботы смогут накапливать силы для непредвиденных перемещений или самовосстанавливаться, когда помощь недоступна. Биогибридные боты также могут служить небольшими ассистентами хирургов, выполняющими тонкие микропроцедуры внутри тела. Все эти сценарии будущего побуждают Рамана и других искать способы соединения живых мышц с синтетическими скелетами. Существующие на сегодняшний день разработки предполагают выращивание мышечной полосы и прикрепление одного из её концов к синтетическому скелету, подобно тому, как мы наматываем резинку на два столбика. Когда мышца сокращается, она может стягивать части скелета вместе, создавая желаемое движение. Но, по словам Рамана, этот метод приводит к значительному истощению мышечной массы, которая используется для прикрепления ткани к скелету, а не для его движения. И это соединение не всегда надёжно. Мышцы довольно мягкие по сравнению со скелетными структурами, и эта разница может привести к их разрыву или отслоению. Более того, зачастую работа выполняется только за счёт сокращений центральной части мышцы — объём которых относительно невелик и создаёт небольшое усилие. «Мы думали, как перестать тратить мышечный материал, сделать его более модульным, чтобы он мог прикрепляться к чему угодно, и работать эффективнее?» — говорит Раман. «Организм придумал решение, которое заключается в создании сухожилий, которые по жёсткости находятся на среднем уровне между мышцами и костями, что позволяет преодолеть это механическое несоответствие между мягкими мышцами и жёстким скелетом. Они подобны тонким тросам, которые эффективно обвивают суставы». «Умное подключение» В своей новой работе Раман и её коллеги разработали искусственные сухожилия для соединения натуральной мышечной ткани с синтетическим скелетом захвата. В качестве материала они выбрали гидрогель — мягкий, но прочный полимерный гель. Раман получила образцы гидрогеля от своего коллеги и соавтора Сюаньхэ Чжао, пионера в разработке гидрогелей в Массачусетском технологическом институте. Группа Чжао разработала рецепты гидрогелей различной прочности и эластичности, способных прилипать к различным поверхностям, включая синтетические и биологические материалы. Чтобы определить, насколько прочными и эластичными должны быть искусственные сухожилия для работы в конструкции захвата, команда Рамана сначала смоделировала конструкцию как простую систему из трёх типов пружин, каждая из которых представляет центральную мышцу, два соединительных сухожилия и скелет захвата. Они задали мышце и скелету определённую жёсткость, которая была известна ранее, и использовали её для расчёта жёсткости соединительных сухожилий, необходимой для перемещения захвата на желаемую величину. На основе этого моделирования команда разработала рецепт гидрогеля определённой жёсткости. После получения геля исследователи аккуратно вытравили из него тонкие кабели, чтобы сформировать искусственные сухожилия. Они прикрепили два сухожилия к каждому концу небольшого образца мышечной ткани , выращенной с использованием стандартных лабораторных методов. Затем они обернули каждое сухожилие вокруг небольшого штифта на конце каждого пальца роботизированного захвата – каркасной конструкции, разработанной профессором механики Мартином Калпеппером, экспертом в области проектирования и создания прецизионных машин. Когда учёные стимулировали сокращение мышцы, сухожилия, в свою очередь, натягивали захват, сводя пальцы. В ходе многочисленных экспериментов исследователи обнаружили, что мышечно-сухожильный захват работал в три раза быстрее и создавал в 30 раз больше силы по сравнению с захватом, приводимым в действие только полосой мышечной ткани (без искусственных сухожилий). Новая конструкция на основе сухожилий также смогла поддерживать эту эффективность на протяжении 7000 циклов, или мышечных сокращений. В целом Раман увидел, что добавление искусственных сухожилий увеличило соотношение мощности к весу робота в 11 раз, а это значит, что системе требуется гораздо меньше мышц для выполнения того же объема работы. «Нужен всего лишь небольшой привод, искусно соединённый со скелетом», — говорит Раман. «Обычно, если мышца очень мягкая и прикреплена к чему-то с высоким сопротивлением, она просто порвётся, прежде чем что-либо сдвинуть. Но если прикрепить её к чему-то, например, к сухожилию, устойчивому к разрыву, она сможет передавать усилие через сухожилие и двигать скелет, который иначе не смогла бы сдвинуть». По словам биомедицинского инженера Симоны Шюрле-Финке, доцента кафедры медицинских наук и технологий в Швейцарской высшей технической школе Цюриха, новая конструкция мышц и сухожилий, разработанная группой ученых, успешно объединяет биологию и робототехнику. «Жёсткие гидрогелевые сухожилия создают более физиологичную архитектуру мышц, сухожилий и костей, что значительно улучшает передачу усилия , долговечность и модульность», — говорит Шюрле-Финке, не принимавший участия в исследовании. «Это продвигает область исследований в сторону биогибридных систем, способных функционировать воспроизводимо и в конечном итоге вне лабораторных условий». После установки новых искусственных сухожилий группа Рамана переходит к разработке других элементов, таких как защитные оболочки, подобные коже, которые позволят использовать роботов с мускульным приводом в реальных условиях.

Сообщает android-robot.com

Новость из рубрики: Технологии и Hi-Tech

Поделиться новостью: Поделиться новостью в Facebook Поделиться новостью в Twittere Поделиться новостью в VK Поделиться новостью в Pinterest Поделиться новостью в Reddit

Топ новости часа

16:28, 15 Апр Оружие против навий: зачем в XVII веке покойникам подрезали сухожилия В 1658 году под Муромом крестьяне изловили русалку. Так говорит следственное дело из архивов Владимирской избы. Девушку с хвостом пытали и сожгли. Ди...

18:28, 06 Май Виталий Королев: в Тверской области дающие работу подросткам предприятия получат дополнительную поддержку Тверская область, как заявили в региональном правительстве, является лидером Центральной России по количеству подростков, которые работают в летний п...

19:11, 06 Апр В сочетании с правильным питанием EMS-тренировки дают заметные результаты уже в короткие сроки EMS-тренировки — это новый и эффективный подход в фитнесе, который сочетает обычную физическую нагрузку с воздействием электрических импульсов на мыш...

23:28, 05 Авг Kioxia превратит SSD в дополнительную память для ИИ-ускорителей: представлен накопитель PCIe 6.0 GP1 со 100 миллионами IOPS в секунду Новый корпоративный SSD использует флеш-память с низкой задержкой XL-Flash и рассчитан на хранение ИИ-моделей и данных, которые не помещаются в дорог...

19:28, 27 Янв Искусственные острова Китая: как они строятся и зачем нужны Зачем Китаю искусственные острова и как их строят. Источник изображения: www.scmp.com Ещё 10-13 лет назад многие участки Южно-Китайского моря предста...

08:28, 02 Сен Искусственные спутники Земли: для чего они нужны и как их увидеть без телескопа С Земли спутник выглядит как яркая точка, которая плавно движется по ночному небу. Пока вы читаете эти строки, над вашей головой проносятся больше 14...

20:28, 07 Сен Учёные обнаружили, что искусственные подсластители ускоряют старение мозга В рамках нового исследования, опубликованного в журнале Neurology, специалисты изучили рацион питания более 12 700 взрослых в Бразилии. Оказалось, чт...

15:28, 19 Апр Искусственные нейроны впервые заставили клетки мозга отвечать на электронные сигналы Печатаемые нейроны на графене и дисульфиде молибдена активировали клетки мозга мышей и приблизили интерфейсы «мозг–машина» к прямому взаимодействию с...

07:28, 27 Дек Врач посоветовала мыть и сушить искусственные елки перед Новым годом Иммунолог-аллерголог Надежда Логина рассказала aif.ru, какую опасность для аллергиков могут нести новогодние искусственные ели.«При неправильном хран...

20:28, 16 Май В Китае роботам будут выдавать «паспорта» Новая система идентификации позволит отслеживать весь жизненный путь гуманоидного робота, а также упростит перепродажуКитай начал вводить систему «па...

00:28, 15 Мар Новый чип позволяет роботам видеть в 4D, одновременно отслеживая расстояние и скорость Современные системы машинного зрения для роботов и дронов основаны на 3D-датчиках, которые, несмотря на свою мощность, не всегда успевают за быстрыми...

20:28, 28 Окт Цифра дня: Сколько россиян готовы доверить приготовление еды в ресторанах роботам? 37% россиян согласны променять ресторанные блюда от живых поваров в пользу роботов Около 37% россиян заявили, что готовы попробовать блюда, приготовл...

15:28, 03 Сен В России стартует чемпионат True Tech Champ-2025 по программированию и роботам В России начался прием заявок на федеральный чемпионат по программированию и робототехнике True Tech Champ-2025. Организатором выступает компания МТС...

06:28, 12 Мар «Искусственная кожа» на основе графена приближает к роботам тактильные ощущения, схожие с человеческими Роботы становятся все более совершенными в области зрения и передвижения, однако тактильные ощущения остаются одним из их главных недостатков. Теперь...

10:28, 09 Окт Интерес к человекоподобным роботам упал. Аренда таких андроидов многократно подешевела в Китае С десятков тысяч до 289 юаней в день После первоначального всплеска интереса рынок аренды гуманоидных роботов столкнулся с резким снижением цен. В на...

01:28, 25 Дек Машинное обучение помогает роботам четко видеть в полной темноте с помощью инфракрасного излучения От зон стихийных бедствий до подземных туннелей — роботов все чаще отправляют туда, куда людям небезопасно. Но во многих из этих мест отсутствует ест...

23:28, 13 Июн Учёные создали «электронную сетчатку», которая помогает роботам и беспилотным авто видеть почти как человек Новый светочувствительный сенсор меняет свою чувствительность в реальном времени без внешнего управленияОдной из самых сложных задач для систем компь...

14:28, 15 Сен OpenAI возвращается к роботам: компания активно набирает инженеров и учёных для разработки ИИ, управляющего человекоподобными роботами В июне компания OpenAI усилила свои позиции в области робототехники, приняв на работу нескольких учёных, специализирующихся на разработке алгоритмов ...

22:28, 30 Дек Технологии, позволяющие роботам распознавать намерения человека, могут привести к созданию более безопасных, умных и заслуживающих доверия машин Роботы становятся частью нашей повседневной жизни, от здравоохранения до помощи на дому. Но для того, чтобы люди действительно доверяли им и сотрудни...

18:28, 02 Мар Политика подрывает силу фунта Влияние на рынок:2Поражение Лейбористов на местных выборах рискует утопить GBPUSD.Замедление инфляции в Токио снижает шансы повышения ставки BoJ.EURU...

17:28, 04 Май Центробанки показали свою силу Влияние на рынок:3ЕЦБ и Банк Англии сигнализируют о повышении ставок.Япония вернулась к практике валютных интервенций.Американский доллар завершил ап...

22:28, 21 Авг GAC везет в Россию GS4 с полным приводом. Каким он будет Китайская компания анонсировала скорую премьеру полноприводного GS4: такой кроссовер появится в продаже в России в сентябре, спустя примерно полгода ...

19:28, 07 Авг Крупные монеты плавно набирают силу Влияние на рынок:2Картина рынкаПлавно поднимаясь второй день, капитализация крипторынка вернулась к уровню $2.19T, наблюдавшемуся в конце прошлой нед...

06:28, 05 Окт Доллар сбросил скорость, но не потерял силу Влияние на рынок:3Рост вероятности паузы в цикле повышения ставок ФРС не мешает гринбэку укрепляться.Поддержку доллару США оказывает рост спроса на а...

11:28, 31 Окт Венесуэла демонстрирует силу с российскими истребителями В ответ на значительное наращивание военно-морского и воздушного присутствия США в Карибском регионе Венесуэла проводит демонстрацию силы, задействов...

11:28, 28 Июн Новый российский кроссовер с полным приводом уже на рынке: что о нем известно Холдинг АГР неожиданно быстро перешел от анонсов к делу – на петербургском заводе уже стартовала сборка кроссоверов Esteo MX. Более того, компания от...

05:28, 23 Июл Honda Stepwgn с полным приводом обойдется россиянам в 3 млн рублей Праворульные минивэны из Японии остаются разумным выбором для семей, которым не по карману официальные новые модели. Honda Stepwgn возрастом три года...

08:28, 13 Янв Теперь — с полным приводом: китайский кроссовер обновили для России Эти «китайцы» обновляются чаще айфонов – так говорил герой фильма «Джентльмены» в постановке Гая Ричи. Судите сами – не прошло и трех лет с дебюта кр...

11:28, 07 Апр Автоэксперт Зиновьев перечислил 6 надежных кроссоверов с полным приводом В список вошли автомобили европейских, корейских и китайских брендов. Их объединяет одно — они стоят не более 1,5 млн рублей. На вторичном рынке сего...

12:28, 11 Июн Tenet T8 получит доступную 5-местную версию с передним приводом Как рассказали в пресс-службе ГК «АвтоСпецЦентр» аналитическому агентству «Автостат», старт поставок переднеприводного пятиместного Tenet T8 намечен ...

18:28, 20 Июн Новый отечественный кроссовер с полным приводом уже на рынке: что о нем известно Hолдинг АГР запустил сборку кроссоверов Esteo MX на своем заводе в Петербурге – и уже открыл предзаказы на новинку. Интересно, что покупателям доступ...

10:28, 03 Окт Низкая инфляция в Швейцарии подтвердила силу франка Влияние на рынок:2Потребительские цены в Швейцарии снизились на 0.2% за сентябрь. Годовые темпы роста цен составили 0.2%, сохраняясь на этом уровне п...

08:28, 03 Сен Экономика: Россия предлагает Китаю новую силу Еще не построенный газопровод в Китай «Сила Сибири – 2» меняет название. Президент Владимир Путин дал ему имя «Сила Байкала», заявил министр энергети...

03:28, 02 Дек С 1 декабря для автомобилистов вступит в силу ряд новых правил Первый месяц зимы приготовил водителям пять неприятных сюрпризов. Первый бьёт по карману особенно сильно — утильсбор для скоростных машин станет в ра...

05:28, 27 Сен МИД: Вступлению ДВЗЯИ в силу мешает обструкционистская позиция США Основная причина, по которой Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ДВЗЯИ) не вступил в силу, заключается в обструкционистской позиции...

01:28, 28 Авг Володин перечислил законы, вступающие в силу в сентябре С 1 сентября 2026 года в России изменятся правила медицинского освидетельствования иностранцев, продажи лекарств и табачной продукции. О новых закона...

02:28, 08 Май Lexus представил совершенно новый крупный кроссовер с полным приводом Компания Lexus наконец-то рассекретила новинку для американского рынка – большой электрический кроссовер TZ. Это первый трёхрядный электромобиль марк...

01:28, 27 Май Размером с Camry, но дешевле и с полным приводом: новый седан за 1,2 млн рублей Geely Galaxy отчиталась о более чем успешном дебюте флагманского седана Star 7. По итогам первых суток компания зафиксировала впечатляющий результат:...

05:28, 13 Авг В России стартовали продажи отечественного кроссовера Jeland J6 с полным приводом Производство запущено на заводе в Санкт-Петербурге Российский бренд Jeland начал продажи полноприводной версии компактного кроссовера Jeland J6. Авто...

18:28, 12 Апр В России объявили о вступлении в силу стандарта по ИИ-мониторингу водителей В России с середины июня начнет действовать новый стандарт, регламентирующий применение искусственного интеллекта для контроля состояния водителей в ...

23:28, 30 Окт 30 октября в России вступил в силу новый закон о вкладах В частности, начали действовать новые правила для безотзывных вкладов. Их главная особенность в том, что клиент не может забрать деньги до истечения ...

19:28, 15 Авг В России вступили в силу новые ПДД о «мигалках» и детских креслах С 26 июля заработали новые правила дорожного движения, касающиеся порядка действий при приближении транспортных средств с включенными спецсигналами. ...

02:28, 08 Май Кроссовер с полным приводом дешевле Гранты: в России появился добротный «японец» Японский кроссовер Suzuki Xbee теперь можно заказать в России. Его отличительные черты – дорожный просвет в 180 мм, компактные габариты хэтчбека и во...

06:28, 13 Сен Renault представила пикап Niagara с полным приводом и «механикой» по цене от 2,6 млн рублей Renault официально представила серийный пикап Niagara, разработанный для рынков Латинской Америки. Премьера модели состоялась в Аргентине, где и буде...

19:28, 23 Май Битва характеров: новая BMW 1-й серии разрывается между передним и задним приводом BMW готовит сюрприз для поклонников компактных хэтчбеков. Ожидается, что в 2028 году дебютирует полностью обновленная «единичка», которая кардинально...

11:28, 28 Июн Новый российский кроссовер с полным приводом поступит в продажу уже этим летом Уже в ближайшие месяцы официально выйдет на рынок среднеразмерный премиум-кроссовер ESTEO MX. Первыми его увидят те, кто посетит специализированный д...

08:28, 09 Авг С дизайном как у Ferrari, полным приводом и 585 л.с.: представлен кроссовер Luxeed RX от Huawei и Chery Он будет конкурировать с Xiaomi YU7 Китайский бренд Luxeed, созданный Chery совместно с Huawei, представил новый электрический кроссовер RX. Эта моде...

13:28, 23 Май В России появился просторный семейный «японец» с полным приводом по цене Весты На российский рынок начали поступать новые праворульные компактвэны Honda Freed третьего поколения, дебютировавшие в Японии в 2024 году. Машины везут...

06:28, 11 Апр ГОСТ на маникюр вступает в силу с 30 апреля. Эксперты предупреждают о росте цен В России с 30 апреля 2026 года начнёт действовать новый национальный стандарт ГОСТ Р 72319–2025 на услуги ногтевого сервиса. Документ заменит прежние...

22:28, 10 Окт Решение о частичном снятии запрета на экспорт дизтоплива вступило в силу Российское правительство частично сняло запрет на экспорт дизельного топлива из страны во исполнение договоренностей президента России Владимира Пути...

16:28, 01 Май Azercell приглашает женщин присоединиться к инициативе «Нити, объединяющие силу» ООО «Azercell Telecom», последовательно развивая инициативы, направленные на укрепление роли женщин в обществе, представляет проект «Нити, объединяющ...

03:28, 02 Июн У Hyundai Tucson появились новые версии — гибридные и с передним приводом вместо полного Переднеприводные варианты дешевлеHyundai расширила линейку гибридных кроссоверов Tucson на американском рынке. Покупателям предложили сразу две новин...

02:28, 27 Окт Между пальмами и пледами: направления, где зима теряет силу, а цены — высоту Когда вечера становятся длиннее и промозглее, мысль о перелёте в теплые места перестаёт быть мечтой и превращается в план. В сезоне 2025-2026 борьба ...

22:28, 21 Июн Ferrari запатентовала «гибкое» заднее антикрыло, перераспределяющее прижимную силу на поворотах Новая активная аэродинамика с деформируемой конструкцией и независимыми приводами может менять форму крыла в реальном времени, повышая сцепление в по...

04:28, 07 Сен Китай планирует захватить Казахстан: План «Шёлковый путь» вступает в силу Эксперты оценили возможность присоединения Казахстана к Китаю. Китай уже давно заинтересован в сотрудничестве с Казахстаном, потому что через эту стр...

07:28, 27 Июн В России запретят рекламу криптовалют. Когда вступит в силу новый закон Госдума меняет законодательство о рекламе: публичное продвижение криптовалют будет под запретом. При этом компаниям разрешат информировать о своей ра...

15:28, 30 Мар Новые правила покупки товаров в рассрочку вступают в силу 1 апреля. Что изменится С 1 апреля в России начнёт действовать закон о жёстком государственном регулировании рассрочки. Документ №283-ФЗ «О деятельности по предоставлению се...

08:28, 04 Апр С 1 апреля в России вступают в силу десятки важных изменений. Что ждёт россиян С 1 апреля 2025 года россиян ждёт целый пакет нововведений: индексация пенсий, ужесточение правил кредитования, автоматические штрафы за отсутствие О...

20:28, 31 Янв Германия не намерена бойкотировать ЧМ-2026, заявили в DFB: «Мы верим в объединяющую силу футбола» Немецкий футбольный союз (DFB) выступил с заявлением по поводу призывов к сборной Германии бойкотировать ЧМ-2026 на фоне политики США. «На заседании ...

06:28, 20 Сен В России начали продавать новый Volkswagen Talagon: огромный кроссовер с полным приводом — за 6,2 млн рублей Под капотом — 2,0-литровый мотор мощностью 272 л.с. Российские дилеры начали продажи обновленного Volkswagen Talagon второго поколения. Кроссоверы 20...

08:28, 01 Июл