Создан первый киборг

Ученые создали робота ската из мышц крысы и золота 11 Июль 2016, 10:34
Введение

Последние несколько лет развитие роботов идет огромными темпами — как в с технической, так и с программной точки зрения, а ближайшее будущее сулит еще больше.

Достижения впечатляющие, однако мы еще даже близко не подошли по эффективности к возможностям животных и пройдет еще много лет до того момента, как люди смогут добиться хоть чего-то, что сможет сравниться с творениями природы.
Пентагон и другие американские силовые ведомства каждый год направляют более 10 миллиардов долларов Агентству перспективных оборонных исследований (DARPA).

Один из способов ускориться — просто напрямую скопировать все, что возможно. Хотите зрение как у насекомых? Украдите структуру их глазного яблока и сделайте камеру на основе биоструктур. Да и зачем останавливать на том, чтобы просто вдохновляться миром природы?
Специалисты Университета Вашингтона в Сент-Луисе разработали технологию, которая позволит повысить эффективность поиска взрывчатки.

Можно же вообще сделать кибернетических жуков и управлять ими. В некоторых ситуациях подобные подходы действительно оправданны, однако идеальная ситуация — это когда вы сможете воспользоваться всеми преимуществами животной кибернетики в биоинсипирированных роботах, созданных точно так, как вы хотите.

Новые возможности


Команда исследователей, возглавляемая профессором Кевином Китом Паркером и Сунгджин Паком из гарвардского Университета биоинженерии Уисса, нашла способ совместить биоинженерию с роботикой и кибернетикой, создав роботизированного ската, который использует для движения управляемые светом клетки мускул крыс. Их исследование недавно было опубликовано в журнале Science.
Кевин Кит Паркер, десантник армии США и профессор Гарвардского университета
Фото: Kevin Parker Kit
В правой части этой фотографии — настоящий скат. Это семейство рыб передвигается под водой быстро и эффективно - путем волнообразного сгибания плавников, такое движение очень простое по своей структуре, однако оно дает стабильность и высокую маневренность, что, по словам разработчиков, делает это семейство «идеальными биологическими моделями для роботов». На левой части изображения можно увидеть крошечного роботизированного ската. А вот отдельная фотография робота:
Устройство состоит из отлитого резинового тела с золотым скелетом, на котором находится слой аккуратно расположенных полосок мускулов из неонатальных сердец крыс. Эта ткань была генетически изменена так, чтобы реагировать на импульсы синено света, и змеевидно расположена по телу робота так, чтобы ее сокращения приводили к тому самому волнообразному движению без надобности в управляющих системах.

Так как слой мышц только один и его сокращение создает только взмах вниз, за обратное движение отвечает золотой скелет, который работает по принципу пружины. Первое движение сжимает скелет, а обратное действие происходит в тот момент, когда мышца расслабляется. На производство устройства уходит около 7 дней, причем большая часть этого времени тратится не на сборку - просто этому киборгу нужно вырасти.
Слой мускулов формируют около 200,000 живых клеток крысиных сердец. Длина тела устройства — 16,3 мм, а вес — чуть больше 10 грамм. Оно может передвигаться скорости в 3,2 мм/с, что неплохо для такого крошечного робота.

Благодаря тому, что более быстрые импульсы света вызывают более быстрые движения, управление обеспечивается просто разницей в скорости работы одной из сторон устройства. Настоящие скаты поворачивают точно так же.

Для того, чтобы выявить, как наиболее эффективно расположить мышцы, ученые провели несколько экспериментов. Выяснилось, что ассиметричный вариант — когда плавник шире спереди, чем сзади, — дает наибольшую скорость и эффективность. Собственно, у животных все так и есть.

На видео ниже показано, как робот проходит полосу препятствий длиной в 250 мм. Обратите внимание на таймер в верхнем левом углу.
На видео это не очень очевидно, но энергию устройство получает из субстанции, в которой плавает. Выглядит она как вода, но это не так: это нечто, что называется «раствор Тироде (Рингера)». В нем есть все, что можно найти в крови, включая сахар, который нужен для мускул.

Другими словами, если робота погрузить в обычную воду, то он не будет двигаться, сколько бы вы на него светили. За то вот в море человеческой крови, ему будет самое то.
Несмотря на то, что устройство выглядит достаточно хрупким, оно может плыть с 80% эффективностью в течение 6 дней после своего, скажем так, рождения, если его увлажнять и кормить (в прямом смысле). Это говорит о том, что технология, в будущем, сможет привести к созданию чего-то гораздо более функционального. 

Особенно любопытно то, что в своем исследовании ученые называют устройство «адаптивным плавающим животным.» Еще называют «тканевым роботом», что звучит более логично. Возможно, просто потому, что думать об этом устройстве как чем-то живом достаточно странно. В тексте также говорится о том, что этот робот «открывает путь к разработке автономных и адаптивных искусственных существ».  Звучит интригующе: возможно так и есть, и в будущем будет полно биороботов, которые будут обладать куда большими возможностями, чем биология и механика по отдельности.