Neue Ära der Robotik: Japanische Wissenschaftler entwickeln Biohybrid-Roboter mit Muskelfasern

TOKIO / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Forscher aus Japan haben einen zweibeinigen Biohybrid-Roboter entwickelt, der von der menschlichen Gangart inspiriert ist und Muskelfasern mit künstlichen Materialien kombiniert. Diese Innovation könnte die Robotik maßgeblich vorantreiben.

Basierend auf der Flexibilität, den feinen Bewegungen und der effizienten Energieumwandlung des menschlichen Körpers haben Forscher aus Japan einen wegweisenden Ansatz in der Robotik gefunden. Ihr zweibeiniger Biohybrid-Roboter, veröffentlicht am 26. Januar in der Fachzeitschrift Matter, ist das Ergebnis der Kombination von Muskelfasern und künstlichen Materialien, die es dem Roboter ermöglichen, zu gehen und zu pivotieren.

„Die Forschung an Biohybrid-Robotern, die Biologie und Mechanik vereinen, gewinnt neuerdings als neues Feld der Robotik mit biologischer Funktion an Aufmerksamkeit“, erklärt Shoji Takeuchi von der Universität Tokio, Japan. „Durch die Nutzung von Muskeln als Aktuatoren können wir einen kompakten Roboter bauen und effiziente, leise Bewegungen mit einer weichen Berührung erzielen.“

Das Team hat einen innovativen bipedalen Roboter entwickelt, der den menschlichen Gang nachahmt und unter Wasser operiert. Der Roboter verfügt über einen Schaumstoffauftrieb oben und gewichtete Beine, die ihm helfen, unter Wasser gerade zu stehen. Das Skelett des Roboters besteht hauptsächlich aus Silikonkautschuk, der sich biegen und den Muskelbewegungen anpassen kann. Anschließend wurden Streifen von im Labor gezüchteten Skelettmuskelgeweben am Silikonkautschuk und an jedem Bein befestigt.

Durch elektrische Stimulation der Muskelgewebe kontrahierten diese und hoben das Bein an. Der Fersenabsatz landete vorwärts, als die Elektrizität nachließ. Durch abwechselnde elektrische Stimulation der linken und rechten Beine alle 5 Sekunden konnte der Biohybrid-Roboter erfolgreich mit einer Geschwindigkeit von 5,4 mm/min (0,002 mph) „gehen“. Um zu drehen, stimulierte das Forschungsteam wiederholt das rechte Bein alle 5 Sekunden, während das linke Bein als Anker diente. Der Roboter machte eine 90-Grad-Linksdrehung in 62 Sekunden. Die Ergebnisse zeigten, dass der von Muskeln angetriebene bipedale Roboter gehen, stoppen und fein abgestimmte Drehbewegungen ausführen kann.

„Derzeit bewegen wir manuell ein Paar Elektroden, um ein elektrisches Feld individuell auf die Beine anzuwenden, was Zeit in Anspruch nimmt“, sagt Takeuchi. „In Zukunft erwarten wir, durch die Integration der Elektroden in den Roboter, die Geschwindigkeit effizienter zu steigern.“

Das Team plant auch, dem bipedalen Roboter Gelenke und dickere Muskelgewebe zu geben, um komplexere und kraftvollere Bewegungen zu ermöglichen. Bevor der Roboter jedoch mit weiteren biologischen Komponenten aufgerüstet wird, muss das Team ein Nährstoffversorgungssystem integrieren, um die lebenden Gewebe zu erhalten, sowie Gerätestrukturen, die den Betrieb des Roboters in der Luft ermöglichen.

„Ein Jubel brach während unseres regulären Labortreffens aus, als wir sahen, wie der Roboter erfolgreich auf dem Video ging“, erzählt Takeuchi. „Obwohl es kleine Schritte zu sein scheinen, sind sie in der Tat große Sprünge nach vorn für die Biohybrid-Roboter.“

Diese Arbeit wurde durch das JST-Mirai-Programm, JST Fusion Oriented Research for disruptive Science and Technology und die Japan Society for the Promotion of Science unterstützt.

Hinweis: Teile dieses Textes könnten mithilfe Künstlicher Intelligenz generiert worden sein.