Разработан биосинкретический робот со стабильной управляемостью с помощью динамической электрической стимуляции

Прочитано: 307 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, среднее: 5,00 из 5)
Loading ... Loading ...


Природа оказала большую поддержку развитию роботов. Вдохновленные скатами манта, группа из Ключевой государственной лаборатории робототехники Шэньянского института автоматизации Китайской академии наук разработала бионического плавательного робота, который приводится в действие культивированной тканью скелетных мышц и управляется круговыми распределенными множественными электродами (CDME). Робот может эффективно приводиться в движение только одной мышечной тканью.

Биомиметика является одним из наиболее важных методов исследования роботов, который может улучшить кинематические характеристики роботов за счет имитации структуры и поведения естественных организмов. Биосинкретический робот , в котором в качестве основного элемента используются природные биологические материалы, является дальнейшим развитием бионики.

Некоторые живые клетки использовались для реализации некоторых функций роботов, включая восприятие, управление и приведение в действие. Однако для дальнейшего развития управляемых характеристик движения биосинкретических роботов необходимы инновационные методы движения и управления. Для решения этой проблемы исследователи предложили метод динамического управления на основе CDME. Исследование было опубликовано в журнале Cyborg and Bionic Systems .

Команда обнаружила, что электрическое поле, создаваемое CDME, менее вредно для культуральной среды и клеток, чем обычные электроды. Используя этот метод, направление электрического поля , генерируемого электродом, можно было динамически контролировать, поддерживая его параллельно движущейся ткани робота в режиме реального времени, тем самым обеспечивая стабильное управление роботом.

Во-первых, команда разработала скелет робота на основе структуры ската манта и использовала полидиметилсилоксан (PDMS) в качестве основного материала для конструкции. В то же время, чтобы облегчить сборку движущей ткани и конструкции робота, исследователи выбрали кольцеобразную ткань, сделанную миобластами, в качестве движущей силы робота.

Кроме того, для получения кольцевых мышечных тканей с эффективной сократимостью использовали вращательную электрическую стимуляцию от CDME для реализации равномерной индукции дифференцировки миобластов в миотубы. Чтобы робот мог плавать с желаемой скоростью, перед сборкой с конструкцией пловца была измерена сократительная способность мышечной ткани. Исследовательская группа также использовала методы моделирования для анализа взаимосвязи между характеристиками движения робота и движущей силой сокращения тканей.

Наконец, чтобы продемонстрировать стабильное и контролируемое движение предлагаемого биосинкретического робота, исследователи реализовали управляемое плавание робота с разными скоростями, используя предложенный метод динамической электрической стимуляции. В ходе эксперимента робот продемонстрировал эффективное плавание и стабильную управляемость, что подтвердило эффективность предложенной исследовательской группой биомиметической конструкции и метода управления на основе КДМЭ.

Предложенный в данном исследовании биомиметический дизайн и метод управления срабатыванием не только способствуют дальнейшему развитию биосинкретических роботов, но и имеют определенное руководящее значение для биомиметического дизайна мягких роботов, инженерии мышечных тканей и других смежных областях.

Однако, несмотря на то, что нынешние биосинкретические роботы достигли эффективного управляемого движения, все еще остается много ключевых узких мест, которые необходимо преодолеть. Например, большинство роботов имеют размер в сантиметры, что сложно для таких приложений, как доставка лекарств в естественных условиях.

Технологии, включая 3D-печать и гибкие манипуляции, ориентированные на микро-нанобиологические структуры, являются ключевыми для разработки биосинкретических микророботов для клинического применения и других особых сред. Кроме того, большинство существующих биосинкретических роботов полагаются на внешние искусственные стимулы для достижения контролируемого движения, которому может не хватать автономии. Таким образом, метод обнаружения и управления на основе живых клеток может быть применен к исследованию биосинкретических роботов с целью реализации автономного движения роботов на основе информации об окружающей среде.

Разработан биосинкретический робот со стабильной управляемостью с помощью динамической электрической стимуляции



Новости партнеров