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Ein Team am Army Research Laboratory (ARL) arbeitet an „biohybriden Robotern“, die lebendes Gewebe auf eine Weise in mechanische Systeme integrieren, die eine „noch nie dagewesene“ Agilität und Vielseitigkeit ermöglicht.
Lebendes Muskelgewebe ist beweglicher und vielseitiger als mechanische Aktoren
Obwohl auf dem Gebiet der Robotik viele Fortschritte gemacht wurden, fehlt es den aktuellen Systemen immer noch an der Präzision und Beweglichkeit, die man bei biologischen Systemen in der Natur beobachten kann. Das Projekt des ARL versucht, biologische Komponenten zu nutzen, um Robotern die gleiche Agilität und Präzision zu verleihen, die Muskeln für biologische Systeme bieten.
„Die primäre Einschränkung heutiger Roboter ist ihre Kraft, Stärke und Vielseitigkeit“, erklärt ARL-Forscher Dean Culver. „Sie können begrenzte Aufgaben für eine bestimmte Zeit ausführen. Aber es ist nicht wirklich in der Größenordnung, in der ein Organismus das Gleiche tun kann. Wir haben immer noch keine Roboter, die in einen unerforschten Raum gehen und sich an das anpassen können, was sie wahrnehmen. Das sind letztlich alles Probleme, die unserer Meinung nach entweder ein Biohybrid oder ein bioinspiriertes Engineering-Design lösen kann.“
Das Team am ARL stellt sich vor, Muskelgewebe im Labor zu züchten und dieses Gewebe dann anstelle von herkömmlichen mechanischen und hydraulischen Aktuatoren mit Robotergelenken zu verbinden.
Die Idee ist, Robotern die gleiche Beweglichkeit und Präzision zu geben, die Muskeln biologischen Systemen bieten. Dies würde es zukünftigen Robotern theoretisch ermöglichen, in Bereiche vorzudringen, die für Soldaten aus Fleisch und Blut zu riskant sind. Diese Technologie könnte es auch ermöglichen, dass Roboter robuster sind und sich schneller an das Terrain anpassen als statische Gelenke aus synthetischen Materialien.
„Einer der wirklichen Vorteile von Muskeln und Sehnen und Bändern, die mit dem Rest der kinetischen Kette in Organismen verbunden sind, ist, dass Flexibilität etwas schief gehen lässt“, sagte Culver. „Es wird keine Katastrophe geben. Ich kann ein wenig ausrutschen und mich anpassen und nicht hinfallen. „
Culver bestätigt, dass das Muskelgewebe von jedem Tier stammen kann, je nachdem, was die Armee braucht, einschließlich kleiner Insekten, wie Fliegen.
„Vor allem die Muskeln von Fliegen haben einige wirklich wünschenswerte Eigenschaften“, erklärt Culver. „Wenn man nur eine Handvoll Zellen verwendet, um ein brauchbares Stück Gewebe zu züchten, kann man das mit einer Vielzahl von verschiedenen Genomen oder aus einer Vielzahl von verschiedenen Spezies tun, je nachdem, welche andere Art von Architektur auf Systemebene man verwenden möchte.“
Biohybride Roboter werden zuerst laufen, bevor sie fliegen
Die Armee will sich darauf konzentrieren, die biohybride Technologie zuerst auf Roboter auf beinigen Plattformen anzuwenden. Derzeit verfügt die Armee über eine Forschungsplattform für beingebundene Fortbewegung und Bewegungsanpassung, die als perfektes Beispiel für die Art von Roboter dienen könnte, auf die die Biohybrid-Technologie angewendet werden könnte.
Die Idee wäre, diese und andere ähnliche Plattformen mit tierähnlichen Fähigkeiten auszustatten. Dazu würde die Fähigkeit gehören, auf unebenem und unzuverlässigem Terrain zu balancieren.
„Ein Hindernis, mit dem bodengebundene Roboter heute konfrontiert sind, ist die Unfähigkeit, sich sofort an instabiles Terrain anzupassen“, erklärt Culver. „Die Muskelbewegung ist zwar nicht allein dafür verantwortlich, aber sie trägt wesentlich dazu bei, dass die Tiere in der Lage sind, auf unebenem und unzuverlässigem Terrain zu navigieren.“
Letztendlich möchte das Team die Technologie auch auf andere Formen der Fortbewegung anwenden können, einschließlich des Fliegens.
„Ähnlich wie der Flügelschlag und die Fähigkeit fliegender Organismen, ihre Hülle neu zu konfigurieren, gibt ihnen die Fähigkeit, auch zwischen Ästen hin und her zu düsen“, erklärt Culver.
Doch bevor die Armee mit dem Einsatz von biohybriden Robotern beginnen kann, muss noch mehr Forschung betrieben werden. Deshalb sucht das ARL derzeit nach weiteren Partnern für das Projekt.
„Im Moment haben wir eine großartige theoretische Basis für das, was wir zu tun versuchen“, sagte Culver. „Einige der Werkzeuge, die wir verwenden wollen, um das Design von Muskelgewebe für den Einsatz in Robotern zu verbessern, wurden an vielen anderen Proteinen und Molekülen getestet, und sie haben sich bewährt. Was wir jetzt wirklich brauchen, ist etwas Zeit und Unterstützung, um diese Werkzeuge auf die in Muskeln relevanten Moleküle zu richten. Wir müssen noch eine Menge lernen, bevor wir Prototypen herstellen können.“