I ricercatori dell’Università di Tokyo hanno creato un robot bioibrido a due gambe, combinando uno scheletro artificiale con un muscolo biologico, capace di camminare e ruotare sott’acqua.
I tipici robot bioibridi possono muoversi in linea retta o eseguire ampie svolte, ma hanno difficoltà a eseguire movimenti più fini in spazi più piccoli. Ciò li rende inadatti all’uso in aree con molti ostacoli, come nelle operazioni di ricerca e salvataggio.
Il nuovo robot può ruotare su un piede e girare all’interno di un piccolo cerchio. Al momento, può funzionare solo sott’acqua poiché il muscolo cresciuto in laboratorio si asciuga rapidamente se esposto all’aria, perdendo efficacia. Tuttavia, i ricercatori prevedono che sarebbe possibile creare futuri prototipi in grado di camminare sulla terra, utilizzando muscoli più spessi con le proprie riserve di nutrienti ed eventualmente ricoprendoli con pelle artificiale.
Illustrazione e immagine etichettate del robot. Queste immagini etichettate mostrano il corpo flessibile del robot, costituito da tessuto muscolare scheletrico e un substrato di silicone flessibile trasparente, attaccato alle gambe e ai piedi stampati in 3D appesantiti. Credito immagine: Kinjo et al/Matter
Se ti chiedo di immaginare un robot fatto di muscoli viventi su uno scheletro artificiale, potrebbe venirti in mente la forma a grandi passi di un cyborg in parte umano e in parte macchina. Ma la verità è che stiamo ancora facendo solo piccoli passi quando si tratta di creare robot bioibridi naturali-artificiali.
Costruire robot bioibridi reali che possano camminare come un essere umano, per non parlare di camminare o correre come tali, è una grande sfida. Il Professor Shoji Takeuchi e il suo team della Graduate School of Information Science and Technology dell’Università di Tokyo hanno raccolto questa sfida nella loro ultima ricerca.
“Incorporando i tessuti viventi come parte di un robot, possiamo sfruttare le funzioni superiori degli organismi viventi. Nella nostra ultima ricerca, abbiamo combinato tessuto muscolare scheletrico coltivato in laboratorio con gambe artificiali flessibili e piedi stampati in 3D. L’utilizzo del tessuto muscolare per muovere le gambe ci ha permesso di creare un piccolo robot con movimenti efficienti, silenziosi e morbidi al tatto”, ha spiegato Takeuchi.
Questa GIF accelerata del robot sott’acqua mostra le gambe che camminano in avanti, con le contrazioni muscolari stimolate dall’elettricità. Credito immagine: Kinjo et al/Matter/Università di Tokyo
I ricercatori hanno iniziato coltivando il muscolo scheletrico in stampi per creare strisce. Il tessuto muscolare perde la capacità di muoversi quando diventa troppo secco, quindi il robot è stato progettato per essere sospeso nell’acqua. Il team ha realizzato uno scheletro leggero partendo da una tavola di stirene galleggiante, un corpo flessibile a base di silicone, gambe in resina acrilica con pesi in filo di ottone e piedini stampati in 3D. Due strisce di tessuto muscolare sono state attaccate dal corpo ai piedi del robot, completando le gambe.
Ogni gamba è stata stimolata utilizzando elettrodi d’oro tenuti in mano per fornire una carica, simile al cervello che invia segnali elettrici al corpo per muoversi. Ciò faceva contrarre il tessuto muscolare e faceva “camminare” il robot quando le gambe venivano stimolate una dopo l’altra.
Stimolando ciascuna gamba a intervalli di cinque secondi, i ricercatori sono riusciti a far muovere il robot a una velocità di 5,4 millimetri al minuto. Anche se potrebbe non sembrare particolarmente veloce, la velocità dei movimenti delle gambe era paragonabile a quella di altri robot bioibridi.
“Inizialmente, non eravamo affatto sicuri che fosse possibile raggiungere la camminata bipede, quindi è stato davvero sorprendente quando ci siamo riusciti“, ha detto Takeuchi.
“Il nostro robot bioibrido è riuscito a eseguire movimenti in avanti e di rotazione con una camminata bipede bilanciando efficacemente quattro forze chiave: la forza contrattile muscolare, la forza rigenerante del corpo flessibile, la gravità che agisce sul peso e la galleggiabilità del galleggiante”.
Spiegazione del movimento della camminata. Le illustrazioni in alto mostrano le tre fasi del movimento del robot: prima, sollevamento del piede; secondo, il piede resta sospeso; e terzo, atterra. Il grafico sottostante mostra la distanza percorsa e il tempo impiegato per ciascuna fase, la più lunga è quella in sospensione. La combinazione delle tre fasi porta ad un passo. Credito immagine: Kinjo et al/Matter/Università di Tokyo
Il team sta ora valutando come creare un robot dai movimenti più fluidi in grado di camminare sulla terra, sviluppando metodi per stimolare i muscoli a distanza e creando muscoli più spessi con una fornitura di nutrienti per sostenerli.
Takeuchi ha dichiarato: “Stiamo lavorando alla progettazione di robot con articolazioni e tessuti muscolari aggiuntivi per consentire capacità di deambulazione più sofisticate. I nostri risultati offrono preziose informazioni per lo sviluppo di robot morbidi e flessibili alimentati da tessuto muscolare e hanno il potenziale per contribuire a una comprensione più profonda dei meccanismi di locomozione biologica, consentendoci inoltre di imitare le complessità del cammino umano nei robot”.
Fonte: Università di Tokyo