Почти терминатор: зачем ученым роботы с человеческими мышцамиИсследователи создали искусственную руку с живыми мышечными волокнами, выращенными из человеческих клеток.

Устройство воспроизводит жесты и манипулирует предметами. Это уже не первый случай внедрения живой плоти в роботов. Научный обозреватель Анатолий Глянцев разбирается, что дают науке такие жутковатые изобретения
Анализ рынка роботов сварочных в России в 2021-2023 гг. www.restko.ru/market/14885 Японские экспериментаторы создали кисть руки из пластика, электроники и человеческих мышечных волокон. Устройство превосходит ловкостью других биогибридных роботов, то есть роботов с живыми тканями. Эксперименты, достойные доктора Франкенштейна, открывают неожиданную перспективу перед медициной и биотехнологиями.Ловкость искусственных рук
Японская команда не впервые демонстрирует биогибридные манипуляторы. Еще в 2018 году она отчиталась о создании руки, способной сгибать суставы «естественным образом» — под прямым углом. Нынешняя разработка гораздо подвижнее.«Кости конечности» напечатаны на 3D-принтере из пластика. Их приводят в движение мышечные волокна, выращенные из отдельных человеческих клеток. Эти мышцы стимулируются электрическими разрядами, заменяющими нервные импульсы.Однако искусственные мышцы устроены иначе, чем натуральные. Естественная мышечная ткань пронизана тончайшими кровеносными сосудами — капиллярами. Они обеспечивают клеткам питание и кислород даже в глубине толстой мышцы. Но вырастить «в пробирке» мускул с полноценными сосудами — очень сложная и до сих пор толком не решенная задача. Ведь кровеносные сосуды состоят из нескольких типов клеток, рост которых нужно координировать между собой и с ростом мышечных волокон.Поэтому мускулы биогибридных роботов пока не имеют капилляров. Они просто погружены в питательную жидкость, заменяющую кровь. Следовательно, они должны быть тонкими, чтобы жидкость проникала к каждой клетке, иначе мышечные волокна начнут отмирать. Как известно каждому посетителю спортзала, тонкие мышцы не бывают особенно сильными. Из-за этого большинство подвижных биогибридных роботов до сих пор были либо небольшими (до 1 см), либо ограничивались очень простыми движениями.На сей раз японские исследователи нашли выход. Они сделали искусственные мышцы тонкими, но длинными, и скрутили их в нечто вроде рулонов. Свое изобретение ученые назвали множественными приводами из мышечной ткани (multiple muscle tissue actuators или MuMuTAs). Сокращаясь, такой рулон развивает усилие до 8 миллиньютонов. Это вес гирьки массой 0,8 г. Немного, но в одном устройстве можно использовать массу MuMuTAs.С помощью своего ноу-хау ученые создали искусственную ладонь длиной 18 см. Пальцы имеют столько же суставов и примерно те же пропорции, что и человеческие. Каждый палец управляется независимо.Правда, этому роботу еще далеко до человеческой ловкости. Вряд ли он сможет вышивать бисером или играть на фортепиано. Однако рука уже способна схватить и переместить предмет вроде пипетки и сложить пальцы в жест, напоминающий «ножницы» из игры «камень, ножницы, бумага». Эти действия только кажутся простыми, для биогибридных роботов это заметный шаг вперед. Хирурги и биомеханики хорошо знают, насколько сложная машинерия стоит за ловкостью наших рук.Мечта Франкенштейна
Термин «биогибридная робототехника» понимается очень широко. Авторы капитального обзора 2021 года выделяют три масштаба биогибридных устройств: наномасштаб, микромасштаб и макромасштаб. Наноустройства меньше живой клетки. Например, искусственным наночастицам можно приделать «двигатели» с помощью ферментов или ДНК. В микромасштабе используются отдельные клетки или небольшое их количество. Особый интерес исследователей вызывают подвижные клетки, такие как сперматозоиды и бактерии. Им можно поручить доставку грузов — например, микродоз лекарства.Конечно, звания роботов больше заслуживают устройства, видимые невооруженным глазом. Так, в 2012 году был создан миниатюрный робот на основе мышц насекомого, передвигавшийся со скоростью 3 см в минуту. А совсем недавно живыми мышцами обзавелся двуногий шагающий робот, правда, делающий чуть больше 5 мм в минуту. Мягкие, гибкие и миниатюрные устройства — это хорошо, но им не хватает скорости, маневренности и запаса хода. По-видимому, проще снабдить дистанционным управлением обыкновенного таракана. Роботы с биогибридными руками в натуральную величину могут быть гораздо полезнее.Врачующая рука
Полезнее для чего? Разумеется, не для хозяйственных работ. У живых мышц слишком много ограничений. Человеческие руки проигрывают электромеханическим манипуляторам в силе, скорости, точности и неутомимости. Поэтому инженеры стремятся заменить людей роботами где только можно, от заводского цеха до операционного стола. Правда, машинам все еще далеко до людей в ловкости и универсальности. Но это преимущество дают человеку не мышцы, а управляющий ими мозг. По мере развития искусственного интеллекта оно нивелируется.Зато биогибридные технологии могут произвести революцию в хирургии. Аксиома хирурга: в пострадавшем органе нужно сохранить все что можно. Врачи собирают по частям раздробленные кости, сшивают разорванные мышцы. Но что если кость или мускул совсем не подлежит восстановлению? В принципе, можно создать искусственную кость или вырастить новую мышцу из клеток пациента. Чтобы они обрели нужную структуру, а не остались нагромождением клеток, можно использовать биогибридный механизм в качестве «строительных лесов» и «тренажерного зала».Искусственную руку с естественной мускулатурой можно использовать и как испытательный полигон для экспериментальной хирургии. Новые манипуляции можно опробовать и на трупах, но мертвое тело не покажет, как мышца будет работать после вмешательства. Конечно, для использования в хирургии биогибридные конечности должны весьма точно имитировать строение человеческой руки. До этого еще далеко.Но уже сегодняшние устройства, в принципе, подходят для испытания лекарств. Обычно препараты тестируют на аморфных и нефункциональных скоплениях клеток, а затем сразу переходят к довольно дорогим испытаниям на животных. Биогибридные роботы помогут добавить еще один сравнительно дешевый этап, чтобы отсеять вещества, которые явно не подходят живым мускулам. Правда, для этого искусственная рука должна стать дешевле лабораторной мыши. В России мышь из популярной генетической линии стоит около 1000 рублей, но к этому нужно прибавить уход, кормление, контроль жизненных показателей. Биогибридные роботы будут дешевле грызунов, когда станут крупносерийной продукцией, а не экспериментальными устройствами на переднем крае науки.В заключение отметим, что биологические «вставки» в роботов не обязательно ограничиваются мышцами. В 2020 году ученые провели любопытный эксперимент, снабдив летающий дрон органом обоняния живого насекомого. Беспилотник успешно находил источник цветочного аромата и запаха этанола. Правда, отделенный от тела орган функционировал лишь в течение четырех часов, но это можно исправить созданием для него подходящей питательной среды. Идея имеет перспективы, ведь в распознавании запахов живые существа намного превосходят искусственные анализаторы.В целом биогибридные роботы встают в один ряд с 3D-печатными органами или имплантатами в мозг. Все эти технологии находятся в зачаточном состоянии. Но в перспективе они размывают грань между естественным и искусственным, открывая новые возможности и ставя неожиданные вопросы.