Onderzoekers van de Universiteit van Tokio hebben een biohybride robot gemaakt die biologische spieren combineert met een kunstmatig skelet, die onder water kan lopen en draaien. Deze innovatie, geleid door professor Shoji Takeuchi van de Graduate School of Information Science and Technology, markeert een aanzienlijke stap voorwaarts op het gebied van robotica, met name bij het creëren van machines die de menselijke voortbeweging nauw nabootsen.
Het werk van het onderzoeksteam richt zich op het overwinnen van de beperkingen van typische biohybride robots, die tot nu toe alleen in rechte lijnen konden bewegen of grote bochten konden maken. Dit beperkte hun bruikbaarheid in omgevingen vol obstakels, zoals die welke men tegenkomt bij zoek- en reddingsoperaties. De nieuwe robot kan echter op één voet draaien, waardoor hij binnen een kleine straal kan draaien.
Het ontwerp van de robot omvat in het laboratorium gekweekt skeletspierweefsel dat is bevestigd aan flexibele kunstmatige benen met 3D-geprinte voeten. Het spierweefsel, dat zijn bewegingsvermogen verliest als het droog is, maakte de operatie van de robot in water noodzakelijk. Om de robot te bouwen gebruikte het team een lichtgewicht styreenbord voor drijfvermogen, een lichaam op siliconenbasis voor flexibiliteit, poten van acrylhars met koperdraadgewichten en 3D-geprinte voeten. Spierweefsel werd in mallen gekweekt om stroken te maken en vervolgens van het lichaam van de robot aan de voeten bevestigd.
Elektrische stimulatie, vergelijkbaar met de signalen van de hersenen naar het lichaam, wordt gebruikt om de beweging van de robot te controleren. Door ladingen af te geven via draagbare gouden elektroden trekt het spierweefsel samen, waardoor de robot kan lopen. Door afwisselende stimulatie tussen de benen met tussenpozen van vijf seconden, kan de robot bewegen met een snelheid van 5,4 millimeter per minuut. Hoewel deze snelheid misschien niet snel lijkt, is deze vergelijkbaar met andere biohybride robots.
De prestatie van het team bij het faciliteren van tweevoetig lopen was aanvankelijk onzeker, maar bleek uiteindelijk succesvol, waarbij de spiercontractiekracht, de herstellende kracht van het flexibele lichaam, de zwaartekracht en het drijfvermogen in evenwicht werden gebracht. Deze prestatie werd in het laboratorium met enthousiasme ontvangen en betekende een aanzienlijke vooruitgang in de biohybride robotica.
De onderzoekers willen een soepeler bewegende robot creëren die over land kan lopen. Dit omvat het ontwikkelen van methoden voor spierstimulatie op afstand, dikkere spieren met voedingsstoffen en mogelijk het inbouwen van kunstmatige huid. Bijkomende doelen zijn onder meer het ontwerpen van robots met gewrichten en meer spierweefsel om geavanceerde loopmogelijkheden mogelijk te maken.
Foto: credit Shoji Takeuchi research group, University of Tokyo
