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.
Искусственные сухожилия придают роботам с мускульным приводом дополнительную силу

Сообщает android-robot.com

 

Опубликовано: 11:36, 02.12.2025

 

Новость из рубрики: Спорт

 

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

 

Топ Новости Недели Топ Новости Недели

 

Долголетию предписывают дополнительную активность // Правительство приняло план улучшения жизни пожилых россиян 03:36, 23 Дек Долголетию предписывают дополнительную активность // Правительство приняло план улучшения жизни пожилых россиян До 2030 года правительство планирует повышать качество жизни пожилых россиян с помощью шести типов мероприятий, предусмотренных «Стратегией действий ...

Да лучше уж обычный сахар: что искусственные подсластители делают с кишечником и обменом веществ 15:36, 22 Дек Да лучше уж обычный сахар: что искусственные подсластители делают с кишечником и обменом веществ Искусственные подсластители, такие как аспартам, сукралоза и сахарин, все чаще признаются вредными для микробиоты кишечника. Кроме того, они нарушают...

Справки: Где купить новогоднюю елку в Москве 2025: цены на живые и искусственные ели 00:36, 04 Дек Справки: Где купить новогоднюю елку в Москве 2025: цены на живые и искусственные ели Главный и самый атмосферный способ купить живую елку – посетить один из официальных елочных базаров, которые откроются по всему городу примерно с 15 ...

Известная по роботам-пылесосам Dreame представила экшн-камеру на 8K 04:36, 15 Янв Известная по роботам-пылесосам Dreame представила экшн-камеру на 8K У камеры съемный модуль камеры, который может использоваться отдельно. Сенсор 50-мегапиксельный, 1/1,3-дюймовый с диафрагмой f/2.8. Угол обзор 155 гр...

Теперь  с полным приводом: китайский кроссовер обновили для России 11:36, 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...

От курсора к роботам: китайские учёные расширили возможности клинических интерфейсов мозг-компьютер 01:36, 19 Дек От курсора к роботам: китайские учёные расширили возможности клинических интерфейсов «мозг-компьютер» Китайские ученые добились значительных успехов в разработке инвазивных интерфейсов «мозг-компьютер», позволяющих пациентам с двигательным...

Машинное обучение помогает роботам четко видеть в полной темноте с помощью инфракрасного излучения 21:36, 24 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...

OpenAI возвращается к роботам: компания активно набирает инженеров и учёных для разработки ИИ, управляющего человекоподобными роботами 15:36, 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 ...

03:36, 22 Дек Китайский премиум-кроссовер с полным приводом, 500 л.с. и запасом хода 1650 км — 179 тыс. юаней (2,0 млн рублей). В КНР представлен Hongqi HS6 PHEV В Китае официально стартовали продажи нового гибридного кроссовера Hongqi HS6 PHEV. Модель предлагается в трёх версиях по цене от 178 800 до 228 800 ...

04:36, 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...

10:36, 24 Дек На бывшем российском заводе GM, где когда-то выпускали Opel Astra и Cadillac Escalade, будут выпускать кроссовер Jeland VT7 с полным приводом Как сообщают «Китайские автомобили», в России на бывшем заводе GM наладят производство кроссоверов Jeland VT7. На самом деле, это не нови...

09:36, 03 Ноя 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...

17:36, 24 Дек В России начнут собирать новый кроссовер с полным приводом и мотором мощностью 197 л.с. Soueast S06 будут собирать в Калининграде В 2026 году в России появится еще один кроссовер бренда Soueast (за ним стоит Chery). Речь о младшей модели линейки — кроссовере Soueast S06. К...

18:36, 19 Дек Безвизовый режим между Россией и Иорданией вступает в силу Соглашение о снятии ограничений по визам представители стран подписали ещё в августе, но его положения начнут действовать только с 13 декабря. Новые ...

21:36, 22 Дек Сквернословие улучшило физическую силу и выносливость путем растормаживания Британские и американские исследователи провели серию экспериментов и выяснили, что сквернословие улучшает физическую силу и выносливость, помогая че...

20:36, 11 Янв Заменитель Toyota Land Cruiser с рамой, 8-ступенчатым «автоматом» и полным приводом подорожал в России на 200 тыс. рублей. BAIC BJ60 сейчас стоит от 5,8 млн рублей С наступлением нового года вступили в силу новые цены на автомобили BAIC, выпускаемые на калининградском «Автоторе». Подорожание составило от 40 до 3...

02:36, 18 Дек Провал Трампа: в Африке показали, почему «мир через силу» не работает Мирные инициативы Трампа, переговоры по которым близятся к кульминации, базируются на представлении о том, что все проблемы можно решить деньгами. До...

11:36, 30 Авг Простой анализ. Андролог Новикова рассказала, как оценить мужскую силу Как оценить мужскую фертильность? Для этого есть простой анализ.Спермограмма — основной метод оценки мужской фертильности. Но для многих пар её резул...

21:36, 25 Дек Миллер уверен, что "Газпром" построит "Силу Сибири 2" с опережением срока Новый газопровод из России в Китай "Сила Сибири 2" будет построен досрочно, заявил председатель правления "Газпрома" Алексей Миллер на предновогоднем...

21:36, 23 Дек Венгрия надеется, что запрет ЕС на поставки газа из РФ никогда не вступит в силу Глава канцелярии премьер-министра Венгрии Гергей Гуйяш отметил, что правительство страны принципиально требует от руководства ЕС не ограничивать ее с...

08:36, 23 Дек Экипаж Ка-52м уничтожил «опорник» и живую силу ВСУ. Лучшее видео из зоны СВО Экипаж армейской авиации на вертолете Ка-52м уничтожил опорный пункт и бронированную технику ВСУ в зоне ответственности группировки войск «Цент...

00:36, 19 Дек С 1 января вступят в силу поправки о повышении штрафов. Что изменится в законах С 1 января 2026 года вступают в силу изменения в законах, которые вводят новые штрафы и предусматривают повышение действующих. Кого они затронут?...

08:36, 24 Дек Новые ГОСТы в сфере технологий здравоохранения вступят в силу с начала года Они касаются стерилизации медизделий, применения ИИ в клинической медицине и в лекарственной терапии....

10:36, 01 Окт «Гиацинты» сметают опорники, управпункты и живую силу ВСУ. Лучшее видео из зоны СВО Расчеты буксируемых пушек «Гиацинт-Б» 1-й гвардейской танковой армии группировки войск «Запад» при выполнении огневых задач у...

01:36, 10 Дек От качества воды до температуры воздуха: в России вступили в силу первые ГОСТы на бассейны С начала зимы все бассейны в России начали работать по новым правилам. Вступили в силу первые ГОСТы, которые содержат рекомендации по микроклимату ба...

11:36, 05 Янв 200 самых красивых имён для мальчиков: несут в себе мудрость предков и силу - популярны во все времена и у всех народов pxhere.com Выбор имени для сына — задача не из лёгких. Хочется, чтобы оно было и благозвучным, и со смыслом, и не слишком заезженным. Списки из сотен...

18:36, 09 Янв Озил встретился с сыном Эрдогана и премьер-министром Малайзии: «Обсудили вопросы исламской уммы, гуманитарной трагедии в Газе и объединяющую силу футбола» Экс-полузащитник « Реала », « Арсенала » и сборной Германии Месут Озил провел встречу с сыном президента Турции Реджепа Эрдогана и премьер-министром ...

11:36, 01 Янв Ротенберг поздравил с Новым годом: «Год Огненной Лошади – это про скорость, силу и движение вперед. Пусть он станет годом роста и прогресса для каждого из нас и всего российского хоккея» Вице-президент Федерации хоккея России ( ФХР ), главный тренер «России 25» Роман Ротенберг поздравил хоккеистов и болельщиков с Новым годом. «Друзья,...