Новые биоботы плавают с беспрецедентной скоростью — все дело в необычных пружинах

Биороботика изучает способы имитации природных биологических сущностей. В частности, речь идет о движениях и адаптации к окружающей среде. Новая разработка исследователей из Института биоинженерии Каталонии (IBEC) — биогибридный мягкий робот на основе пружинного скелета. Он может плавать быстрее, чем другие аналогичные биоботы.

В частности, они применили 3D-биопечать и инженерный дизайн для разработки биогибридных роботов, которые могут плавать и двигаться по берегу, как рыбы, с беспрецедентной скоростью. Ученые решили использовать спонтанное сокращение материалов на основе мышечных клеток с очень специфическим податливым скелетом. Все результаты опубликованы в Science Robotics.

Самостоятельное обучение биоботов проводилось с помощью сконструированного авторами работы инновационного скелета, в то время как большинство исследователей обычно работает с жесткими каркасами для подготовки искусственных роботов. Исследователи использовали в качестве основы гибкую змеевидную пружину, изготовленную из полимера PDMS. Пружину спроектировали и оптимизировали с помощью моделирования, а затем напечатали с использованием 3D-технологий.

Преимущество такого  каркаса заключается в улучшенном обучении и развитии ткани за счет механической самостимуляции при спонтанных сокращениях, которая создает петлю обратной связи благодаря  восстанавливающей силе пружины. Самообучение приводит к усиленному срабатыванию и большей силе сжатия при работе биобота. Подобные змеевидные пружины раньше не входили в состав мягкой роботизированной живой системы.

Новые биоботы плавают с беспрецедентной скоростью и движутся по берегу, как рыбы: помимо способности самообучаться, биогибридный пловец, основанный на клетках скелетных мышц, передвигается в 791 раз быстрее, чем другие биоботы на основе скелетных мышц и кардиомиоцитов (мышечных клеток сердца).

Более того, новые биоботы могли выполнять и другие движения: двигаться вдоль берега, когда дно было рядом, что напоминает стиль плавания некоторых рыб вблизи поверхности, например, рыбок данио, которые передвигаются рывками со всплесками с последующими фазами движения по инерции.

Эта разработка открывает двери для нового поколения более сильных и быстрых биологических роботов на основе мышечных клеток. Они представляют интерес и для области охраны окружающей среды, и для таких сфер, как бионическое протезирование.