半分人間、半分ロボットというのは SF の典型のように思えるかもしれませんが、それは 発展する現実 東京大学の研究者チームに。

研究チームは、生きた筋肉を正常に成長させ、XNUMX週間以上機能できるロボットの骨格に統合する方法を開発した。

その結果、指に指輪をはめたり、物体を拾ったりするなどのタスクを実行できる、バイオハイブリッド ロボットとして知られる人間に似た機械が誕生しました。  

この研究はオンラインで公開されています 科学ロボット工学.

バイオハイブリッドロボット

バイオハイブリッドロボット工学という新しい分野は、単なる金属やプラスチックではなく、生きた有機組織を機械に組み込むことに焦点を当てています。

筋肉はその機能と可動性により、バイオハイブリッドロボットの重要な構成要素と考えられてきましたが、保存の問題により研究者が研究するのは困難でした。 これまでの取り組みでは、筋肉が収縮して機能を失い始める前に、筋肉が発揮できる力の量に苦労していました。

しかし、東京大学のチームはその問題を回避する方法を見つけました。

研究者らは、体からすでに形成された筋肉を取り出して使用するのではなく、筋肉を最初から構築することで、より長い保存率を達成しました。

さらに、彼らは筋肉を拮抗ペアとしてロボットに組み込みました。これは、一方の筋肉が収縮すると、もう一方の筋肉が弛緩することを意味します。 このようにして、バイオハイブリッド ロボットは人間と同様の機能を模倣します。

機能

このロボットを構築するために、研究者らはまず、回転可能な関節、筋肉が取り付けられるアンカー、筋肉の収縮を開始するための刺激を与える電極を含む骨格を構築した。

それから彼らは筋肉の成長に取り組み始めました。

これを達成するために、彼らは、筋芽細胞と呼ばれる筋肉前駆細胞を含むヒドロゲルシート、シートをロボットに取り付けるための穴、および筋線維が整列して形成されるようにするためのストライプを使用しました。

「ロボットの骨格上に筋肉組織を構築するために、筋芽細胞を含むハイドロゲルシートを骨格上に組み立てて培養しました」と氏は述べた。 森本裕也 大学の助手 生産技術研究所 そして研究の筆頭著者。 「培地中での筋肉組織の操作が難しいことは知られていたため、骨格筋組織を形成する前に筋芽細胞を含むハイドロゲルシートを操作することを考案しました。

筋肉が構築されると、彼らはロボット内でそれらを拮抗ペアとして使用することに成功し、人体と同じように筋肉を働かせることができました。

「ロボットでは、私たちの体と同じように、拮抗する一対の骨格筋組織の張力のバランスが保たれています。 したがって、骨格筋組織の選択的収縮により関節の大きな回転が実現され、張力のバランスを取ることで筋収縮性の喪失を引き起こす自発的な収縮が防止されるのです」と森本氏は述べた。

ロボットのテスト

ロボットの機能をテストするために、研究者らは XNUMX つのアプリケーションに焦点を当てました。XNUMX 台のロボットに指輪を持ち上げて指にはめるというもの、もう XNUMX つは XNUMX 台のロボットが同時に動作して四角いフレームを拾うというものです。

その結果、ロボットは両方のタスクをうまく実行でき、指を 90 度曲げる突起を使えば人間の指の動作を模倣できることがわかりました。

「私たちの研究結果は、筋肉のこの拮抗的な配置を利用して、これらのロボットが人間の指の動作を模倣できることを示しています」と森本氏は声明で述べた。 「これらの筋肉をより多く組み合わせて XNUMX つのデバイスにできれば、手、腕、その他の身体部分の機能を可能にする複雑な筋肉の相互作用を再現できるはずです。」

次のステップ

現在、研究者らは筋肉の収縮を誘発するために電極を使用しています。 しかし、将来的には、自社のバイオハイブリッド ロボットがさらに人体と同じように機能するようになるだろうと彼らは信じています。

「この研究では、筋肉の収縮を誘発するために電気刺激を使用しました。 ただし、電気刺激は筋肉組織にとって最適な方法ではありません。 私たちの体と同様に、将来的には骨格筋組織と運動ニューロンを共培養し、神経信号によって筋収縮を制御する予定です」と森本教授は語った。

彼らは、自分たちのロボットが将来の科学研究に生理学的に関連するモデルを提供すると確信しています。 森本氏によると、潜在的な用途には、医薬品開発の評価や毒素検査にロボットを使用することが含まれる可能性があるという。

「この技術は、拮抗する一対の骨格筋の生物学的研究のための高度なバイオハイブリッドロボットを開発するのに有用な知識を提供するだろう」と彼は述べた。