De natuur heeft de ontwikkeling van robots enorm ondersteund. Geïnspireerd door mantaroggen heeft een team van het State Key Laboratory of Robotics van het Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, een bionische zwemrobot ontwikkeld die wordt aangedreven door gekweekt skeletspierweefsel en wordt bestuurd door circulaire gedistribueerde meervoudige elektroden (CDME) . De robot kan efficiënt worden aangedreven door slechts één spierweefsel.

Biomimetica is een van de belangrijkste onderzoeksmethoden voor robots, die de kinematische prestaties van robots kan verbeteren door de structuur en het gedrag van natuurlijke organismen te imiteren. De biosyncretische robot, die natuurlijke biologische materialen als kernelement gebruikt, is de verdere ontwikkeling van bionica.

Sommige levende cellen zijn gebruikt om sommige functies van robots te realiseren, waaronder detectie, controle en bediening. Er zijn echter innovatieve voortstuwings- en besturingsmethoden nodig om de beheersbare bewegingsprestaties van biosyncretische robots verder te ontwikkelen. Om dit probleem op te lossen, stelden onderzoekers een dynamische controlemethode voor op basis van CDME. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Cyborg and Bionic Systems .

Het team ontdekte dat het door CDME gegenereerde elektrische veld minder schadelijk was voor het kweekmedium en de cellen dan conventionele elektroden. Met behulp van deze methode kan de richting van het elektrische veld dat door de elektrode wordt gegenereerd dynamisch worden gecontroleerd, waardoor het in realtime parallel blijft aan het aandrijfweefsel van de robot, waardoor een stabiele besturing van de robot wordt gegarandeerd.

Eerst ontwierp het team het robotskelet op basis van de structuur van de mantarog en gebruikte polydimethylsiloxaan (PDMS) als het belangrijkste materiaal voor de structuur. Om de assemblage van het aandrijfweefsel en de robotstructuur te vergemakkelijken, kozen de onderzoekers tegelijkertijd het ringvormige weefsel gemaakt door myoblasten als aandrijfeenheid van de robot.

Om circulaire spierweefsels met effectieve contractiliteit te verkrijgen, werd bovendien een roterende elektrische stimulatie van de CDME gebruikt om uniforme inductie van de myoblasten te realiseren om te differentiëren in myotubes. Om de robot met een gewenste snelheid te laten zwemmen, werd de contractiliteit van het spierweefsel gemeten vóór montage met de zwemmerstructuur. Het onderzoeksteam gebruikte ook simulatiemethoden om de relatie tussen de bewegingsprestaties van de robot en de aandrijvende weefselcontractiekracht te analyseren.

Ten slotte, om de stabiele en controleerbare beweging van de voorgestelde bio-syncretische robot te demonstreren, realiseerden de onderzoekers het controleerbare zwemmen van de robot met verschillende snelheden met behulp van de voorgestelde dynamische elektrische stimulatiemethode. In het experiment toonde de robot effectief zwemmen en stabiele beheersbaarheid aan, wat de effectiviteit van het biomimetische ontwerp en de op CDME gebaseerde controlemethode die door het onderzoeksteam werd voorgesteld, verifieerde.

Het biomimetische ontwerp en de aandrijvingscontrolemethode die in deze studie wordt voorgesteld, bevordert niet alleen de verdere ontwikkeling van biosyncretische robots, maar heeft ook een bepaalde leidende betekenis voor het biomimetische ontwerp van zachte robots, spierweefselengineering en andere gerelateerde gebieden.

Hoewel de huidige biosyncretische robots een effectieve gecontroleerde beweging hebben bereikt, zijn er nog steeds veel belangrijke knelpunten die moeten worden overwonnen. De meeste robots zijn bijvoorbeeld centimeters groot, wat moeilijk is voor toepassingen zoals medicijnafgifte in vivo.

Technologieën, waaronder 3D-printen en flexibele manipulatie gericht op micro-nano biologische structuren, zijn de sleutel tot de ontwikkeling van biosyncretische microrobots voor klinische toepassingen en andere speciale omgevingen. Bovendien vertrouwen de meeste van de bestaande biosyncretische robots op externe kunstmatige stimuli om gecontroleerde bewegingen te bereiken, die mogelijk geen autonomie hebben. Daarom kan de detectie- en controlemethode op basis van levende cellen worden toegepast bij het onderzoek van biosyncretische robots om autonome robotbewegingen te realiseren op basis van omgevingsinformatie. + Verder verkennen

Een op bever geïnspireerde methode om de bewegingen van een eenbenige zwemmende robot te begeleiden