OstraBot: робот-рыба на живых мышцах поплыл 467 мм в минуту — рекорд для биогибридов

В биогибридной робототехнике давно есть одна серьёзная проблема: выращенные в лаборатории мышцы обычно слишком слабы, чтобы робот двигался быстро, уверенно и предсказуемо. Исследователи из Национального университета Сингапура предложили обойти это ограничение без сложных внешних систем. Команда создала платформу, в которой две искусственно выращенные мышечные ткани соединены так, что во время созревания постоянно тянут друг друга и за счет этого постепенно становятся сильнее.

Идея опирается на известную особенность незрелых мышечных клеток. На ранних стадиях развития такие ткани способны самопроизвольно сокращаться. Обычно такие сокращения считают просто частью роста. Сингапурская группа решила превратить их в полезную нагрузку. Исследователи соединили две мышечные ткани через подвижную конструкцию так, что сокращение одной растягивало другую, а затем в ответ сокращалась уже она. Получался непрерывный цикл взаимной работы, который усиливал оба образца без внешней стимуляции и без дополнительного управления.

Подход дал заметный прирост по силе. После такой подготовки мышцы развивали максимальное усилие 7,05 миллиньютона, а механическое напряжение достигало 8,51 миллиньютона на квадратный миллиметр. Для биогибридных систем это очень высокий показатель. Важна и другая деталь: исследователи опирались не на редкие экспериментальные клетки, а на доступную лабораторную культуру. Благодаря этому другим группам будет проще повторить метод и проверить результаты.

Затем усиленные мышцы встроили в биогибридного робота OstraBot. По конструкции это небольшой плавающий робот, вдохновленный кузовковыми рыбами. Движение обеспечивала одна подготовленная мышца, которая приводила в работу гибкие хвостовые элементы. В таком виде OstraBot развил скорость 467 миллиметров в минуту. Авторы работы называют этот результат рекордным для роботов, которые движутся за счет скелетной мышцы. По сравнению с версиями, где использовали обычную мышечную ткань, робот плыл более чем в три раза быстрее.

Дело не только в скорости. Эксперимент показал, что более сильная мышца дает и лучшее управление. Движение робота можно было менять электрическими сигналами, а запуск и остановку команда демонстрировала даже с помощью звуковых сигналов, например хлопка. Для биогибридных систем это важный момент. Раньше многие роботы на живых мышцах либо двигались почти без контроля, либо были слишком слабы, чтобы заметно реагировать на внешнюю команду.

Работа бьет по одному из главных узких мест всей области. Ученые уже давно хотят строить роботов на живых клетках, потому что такой привод мягкий, адаптивный и экономно расходует энергию на малых масштабах. Но практические возможности таких систем все время упирались в слабую тягу выращенной скелетной мышцы. Новый метод как раз показывает, что проблему можно решать не после сборки робота, а еще на этапе выращивания материала.

Поэтому авторы считают, что такой подход открывает путь к более мощным биогибридным машинам, которые смогут работать в мягких и чувствительных средах. Среди возможных направлений команда называет медицину, экологический мониторинг и полностью биоразлагаемых роботов. В перспективе речь может идти, например, о временных медицинских имплантах или датчиках для хрупких экосистем, которые после завершения работы безопасно разрушатся сами.