Umjetne tetive za robote na mišićni pogon

Naši mišići su prirodni aktuatori jer njihovo žilavo tkivo generira sile koje pokreću naša tijela. Posljednjih godina inženjeri su koristili pravo mišićno tkivo za pokretanje „biohibridnih robota“ izrađenih od živog tkiva i sintetičkih dijelova. Spajanjem mišića uzgojenih u laboratoriju sa sintetičkim kosturima, istraživači stvaraju čitav niz puzavica, hodalica, plivača i hvatalica pokretanih mišićima.

Ali većinom su ovi dizajni ograničeni u količini pokreta i snage koju mogu proizvesti. Sada inženjeri s američkog tehnološkog instituta MIT, žele dati bio-botovima povećanje snage pomoću umjetnih tetiva.

U studiji objavljenoj u časopisu Advanced Science,  istraživači su razvili umjetne tetive izrađene od čvrstog i fleksibilnog hidrogela. Pričvrstili su tetive nalik gumenoj vrpci na bilo koji kraj malog komada mišića uzgojenog u laboratoriju, tvoreći "jedinicu mišića i tetive", a zatim su krajeve svake umjetne tetive spojili s prstima robotske hvataljke.

Istraživači predviđaju da se nova mišićno-tetivna jedinica može prilagoditi širokom rasponu biohibridnih robotskih dizajna, slično univerzalnom inženjerskom elementu.

Kako bi shvatili koliko čvrste i rastezljive umjetne tetive trebaju biti da bi funkcionirale u njihovom dizajnu hvataljke, znanstveni tim je prvo modelirao dizajn kao jednostavan sustav od tri vrste opruga, od kojih svaka predstavlja središnji mišić, dvije spojne tetive i kostur hvataljke.

Dodijelili su određenu krutost mišiću i kosturu, koji su bili prethodno poznati, i to su koristili za izračun krutosti spojnih tetiva koja bi bila potrebna da bi se hvataljka pomaknula za željenu količinu.

Iz ovog modeliranja, tim je izveo recept za hidrogel određene čvrstoće. Nakon što je gel napravljen, istraživači su pažljivo urezali gel u tanke kabele kako bi formirali umjetne tetive. Pričvrstili su dvije tetive na svaki kraj malog uzorka mišićnog tkiva, koje su uzgajali koristeći standardne laboratorijske tehnike. Zatim su svaku tetivu omotali oko malog stupića na kraju svakog prsta robotske hvataljke.

Kada je tim stimulirao mišić na kontrakciju, tetive su povukle hvataljku kako bi stisnule prste zajedno. Tijekom višestrukih eksperimenata, istraživači su otkrili da hvataljka za mišiće i tetive radi tri puta brže i proizvodi 30 puta veću silu u usporedbi s time kada se hvataljka aktivira samo trakom mišićnog tkiva (i bez ikakvih umjetnih tetiva). Novi dizajn temeljen na tetivama također je uspio održati ovu izvedbu tijekom 7000 ciklusa ili mišićnih kontrakcija.