Исследователи из Шэньянского института автоматизации Китайской академии наук разработали миниатюрного робота в форме ската, который приводится в движение настоящей мышечной тканью лягушки-быка и управляется дистанционно с помощью инфракрасного света. О разработке сообщает Китайская академия наук.

Робот, созданный под руководством доктора Чжан Чуана, не нуждается в проводах или батареях. На его спине установлены миниатюрные солнечные панели из арсенида галлия (полупроводника). Когда на них попадает инфракрасный лазер с длиной волны 808 нм, панели генерируют электрические сигналы, которые передаются на нервные окончания мышечной ткани и вызывают ее сокращение. Направляя лазер на левую или правую панель, исследователи могут заставить одну сторону мышцы сокращаться, а другую — расслабляться, управляя роботом-скатом.

В отличие от лабораторных мышц, которые часто бывают слабыми, натуральная мышечная ткань лягушки-быка имеет упорядоченную волокнистую структуру и развивает значительно большую силу. При оптимизированных параметрах электрической стимуляции (частота 1 Гц, напряжение 5 В, длительность импульса 10 мс) изолированная мышца генерировала стабильную силу сокращения 6,5 Н, а в пиковых условиях — до 9,4 Н. В лабораторной культуре мышца сохраняла чувствительность к электрическим импульсам до 11 дней и приводила робота в движение в течение полной недели, по словам разработчиков.

Робот способен плавать прямо, поворачивать налево и направо, двигаться по кругу и разворачиваться. Средняя скорость прямолинейного движения составляет 0,54 длины корпуса в секунду (около 2,7 см/с), а максимальная — 2 длины корпуса в секунду, что является рекордным показателем для роботов на скелетных мышцах. Минимальный радиус поворота — всего 0,8 длины корпуса, максимальная угловая скорость — 21 градус в секунду, а полный круг робот описывает за 17 секунд. Кроме того, он может плавать у поверхности, переносить грузы до 5 граммов и даже медленно двигаться по твердой поверхности.

«Впервые мы объединили нативную изолированную скелетную мышцу с беспроводной оптоэлектронной системой нейростимуляции. Наша работа подтверждает, что натуральная мышечная ткань может служить высокоэффективным биологическим актуатором», — заявил доктор Чжан Чуан.

По словам исследователя, такой робот может применяться для мониторинга мелководных экосистем и наблюдения за водными организмами без нарушения их среды обитания. В перспективе разработка может помочь в создании систем для восстановления мышц после повреждения нервов и в тканевой инженерии. В будущем ученые планируют продлить срок жизни мышцы, разработать более мягкие электроды для равномерной стимуляции и добавить накопители энергии для автономной работы робота.

Работа опубликована в журнале Advanced Functional Materials.

Напомним, в 2022 году ученые превратили в робота мертвого паука.

Изображение: создано с помощью ИИ / Шедеврум (в шапке); Шэньянский институт автоматизации (схемы)

Подписывайтесь на каналы Let AI be в Telegram и «ВКонтакте» — оставайтесь в курсе главных новостей в сфере искусственного интеллекта!