ساخت ربات‌های بیوهیبرید که با ماهیچه زنده حرکت می‌کند

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از ادونس ساینس نیوز، همانطور که ربات‌ها هر روز پیچیده‌تر می‌شوند، دانشمندان در تلاشند با ادغام بافت‌های زنده، ماشین‌ها بهبود بخشند. ربات‌هایی که ترکیبی از بافت زنده با یک اسکلت بیرونی غیرزیستی هستند، مانند «ترمیناتور» خطرناک و قاتل نیستند بلکه به بشریت و سلامت ما کمک خواهند کرد.

محققان MIT طی مقاله‌ای در نشریه Advanced Intelligent Systems، از ساخت ماشینی خبر می‌دهند که با بافت زنده ادغام شده و زمینه را برای توسعه طراحی قوی، قابل تکرار و پیش بینی و ساخت نسل بعدی ربات‌های بیوهیبرید فراهم می‌کند.

«ریتو رامان» «Ritu Raman» از دانشکده مهندسی مکانیک موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و مجری این تحقیقات گفت: ماشین بیوهیبرید، ماشینی است که از یک ماده زیستی برای انجام یک کار عملکردی مانند سنجش، پردازش یا تحریک استفاده می‌کند. در این مطالعه، ما از بافت‌های ماهیچه‌ای زنده به عنوان محرک در یک ربات انعطاف پذیر استفاده کردیم.

وی افزود: مزیت استفاده از مواد زیستی در ربات‌ها این است که این ماشین ها، بر خلاف همتایان غیرزیستی شان، توانایی حس کردن و سازگاری با محیط به صورت بلادرنگ را دارند.

رامان اظهار داشت: پیش از این نشان دادیم ربات‌های دارای نیروی عضلانی می‌توانند ورزش کنند و قوی‌تر شوند یا آسیب دیدگی را التیام داده و توانایی خود را در واکنش پویا به محیط در حال تغییر نشان دهند. برای ساخت ربات‌های بیوهیبرید لازم است ماهیچه‌ها به اسکلت‌ها جفت شده تا حرکت به حداکثر رسیده و انتقال نیروی تکرارپذیر و کارآمد امکان پذیر شود.

در گذشته، اسکلت‌های ربات‌های بیوهیبرید از مواد نرم «ویسکوالاستیک» ساخته می‌شدند که دارای ویژگی‌های دوگانه، دارای ویسکوزیته سیال و خاصیت ارتجاعی ژل بودند. 

رامان گفت اشکال این مواد در این است که بسته به سرعت حرکت ماهیچه یا تعداد تکرارها، متفاوت عمل می‌کنند. مواد ویسکوالاستیک همچنین نسبت به محل قرارگیری عضله روی اسکلت رباتیک بسیار حساس هستند و مورفولوژی ربات و در نتیجه عملکرد و کاربرد‌های بالقوه آن را محدود می‌کنند. یکی از اهداف محققان MIT کنار زدن این محدودیت‌ها بود.

وی بیان داشت: اسکلت‌های ربات بیوهیبرید ما از مواد الاستیک خطی تشکیل شده که از ترکیبی از اجزای سخت و انعطاف پذیر است و این یعنی پلتفرم ما در طیف وسیعی از تکرار‌ها یکسان رفتار می‌کند و همچنین نسبت به نحوه قرارگیری عضلات روی اسکلت خیلی حساس نیست.

در نتیجه، حرکات این ربات‌های جدید، پنج برابر بزرگتر بود و هر بار که به کار می‌روند، همان حرکات را ایجاد کرده و ماشین‌های قدرتمند‌تر و قابل اعتمادتری می‌سازد.

بافت‌های ماهیچه‌ای مورد استفاده محققان MIT، از بافت‌های ماهیچه‌ای از رده سلولی عضلانی موش ساخته شده اند. رامان خاطرنشان کرد این یک منبع تجدیدپذیر با سلول‌هایی است که از حیوانات برداشت نمی‌شوند بلکه در ظروف آزمایشگاهی رشد می‌کنند.

این پژوهشگر افزود: ربات‌های ما حاوی مواد بیولوژیکی هستند، اما زنده نیستند. محرک‌های عضلانی ما شبیه سایر محرک‌هایی است که مهندسان معمولا برای ساخت ماشین‌ها از آنها استفاده می‌کنند مانند سیستم‌های پنوماتیک یا هیدرولیک.

خستگی ربات‌های بیوهیبرید

با وجود این واقعیت که این ربات‌های زیستی زنده نیستند، محققان از اینکه دیدند سیستم آنها به جز موادی که محرک‌های آنها را تشکیل می‌دهد، حداقل یک مورد مشترک با موجودات زنده دارد، غافلگیر شدند. 

آنها می‌گویند: دریافتیم ربات‌های ما در طول زمان «خسته» می‌شوند، به ویژه اگر در تکرار بالا استفاده شوند. به طور خاص، متوجه شدیم کارکردن ربات‌های ما با چهار انقباض عضلانی در ثانیه در طول ۳۰ دقیقه منجر به کاهش قابل توجهی در عملکرد شد، اما زمانی که با سرعت عملیاتی آهسته‌تر (یک انقباض عضلانی در ثانیه) آزمایش شدند، هیچ نشانه‌ای از خستگی در ۳۰ دقیقه نشان ندادند.

وی اظهار داشت: این ما را شگفت زده کرد و اکنون در حال کار بر روی درک سازوکار‌های خستگی در ربات‌های بیوهیبرید هستیم. سیستم MIT برای تولید گسترده بسیار مقیاس پذیر است و می‌تواند نه تنها در رباتیک، همانطور که انتظار می‌رود، بلکه در پزشکی نیز کاربرد داشته باشد.

رامان گفت: برای حوزه پزشکی، در نظر داریم پلتفرم خمشی خود را برای نظارت گسترده بر عضله بیمار به گونه‌ای به کار ببریم که به توسعه درمان‌های جدید بازگشت حرکت به بیماران مبتلا به بیماری‌های عصبی عضلانی منجر شود. برای رباتیک، ما طراحی اسکلت‌های مبتنی بر خمش را برای ربات‌هایی که راه می‌روند، شنا می‌کنند، پمپاژ می‌کنند، می‌گیرند و موارد دیگر را پیشنهاد می‌کنیم.