Warum Wissenschaftler Robotern menschliche Muskeln geben?

Da die Robotik immer fortschrittlicher geworden ist, beginnen wir, mehr Roboter zu sehen, die genau wie Menschen aussehen und sich bewegen. Aber es gibt noch etwas Raum für Verbesserungen, wie z.B. robotische Gesichter. Es ist eine komplizierte Sache, das Gesicht. Wir arbeiten immer noch daran, aus dem Unheimlichen Tal zu kommen. Und eine Möglichkeit, wie wir diese Lücke schließen können, ist es, klobige Roboterteile durch menschliche zu ersetzen. Auch wenn dies nach dem Zweihundertjahrfeiernden Menschen klingt, sind Mensch-Roboter-Hybride oder biohybride Robotik kein Science-Fiction-Traum, sondern ein echtes Feld, das bereits existiert. Und es ist nicht nur eine Möglichkeit, lebensechtere Roboter herzustellen. Indem sie unseren Körper besser nachahmen, könnten Biohybrid-Roboter Wissenschaftlern helfen, mehr darüber zu erfahren, wie wir uns bewegen, warum wir so gebaut sind, wie wir sind, und wie man all diese beweglichen Teile repariert, wenn etwas schief geht.

Genau wie ein menschlicher Körper braucht ein Roboter im Allgemeinen ein Skelett und Möglichkeiten, dieses Skelett zu bewegen. Dazu gehören Motoren und Stellglieder, die Dreh- oder Linearkräfte an die Gelenke des Skeletts abgeben können. Bei biohybriden Robotern kommt diese Bewegung aus lebendem Muskelgewebe. Natürlich nehmen Wissenschaftler nicht nur ganze Muskeln vom Menschen und werfen sie auf einen Roboter. Zumindest, wenn sie es sind, sagen sie es uns nicht. Du weißt nicht, was sie in dieser seltsamen Vulkanhöhle machen. Aber, die legitimen Wissenschaftler, sie bauen ihre eigenen Muskeln an. Dies geschieht in einem Labor durch die Kultivierung von Myoblasten, embryonalen Zellen mit der einzigartigen Fähigkeit, sich in verschiedenen Muskelzellen in einem Prozess namens Myogenese zu differenzieren.

Damit die Muskeln so wachsen, wie sie wollen, schaffen die Wissenschaftler ein Gerüst in Form eines Hydrogels, eines speziellen Gels auf Wasserbasis, das Zellen hervorragend absorbiert und zurückhält. Im Inneren des Hydrogels bilden sich die Zellen zu Muskelfasern, langen Strängen von Muskelzellen, die alle in die gleiche Richtung ziehen.

Durch die Veränderung der Form des Hydrogels kann die Ausrichtung der Muskelfasern optimiert und angepasst werden, so dass die Wissenschaftler die Kontrolle über die Richtung haben, in die sie einziehen. Und sobald diese Fasern gebildet sind, genügt ein winziger elektrischer Schlag, um sie zusammenziehen zu lassen. Sie sind dann bereit, mit den Gelenken eines Roboterskeletts verbunden zu werden, und voila! Ein biohybrider Roboter wird geboren oder gebaut, schätze ich. Wir haben aber nicht die ganzen menschlichen Replikate, die herumlaufen. Zumindest noch nicht.

Wissenschaftler der Universität Tokio haben es gerade noch geschafft, Anfang 2018 kleine Muskelpaare zum Laufen zu bringen. Denn es gibt eine Reihe von Einschränkungen, die es zu überwinden gilt, bevor biohybride Roboter wirklich abheben. Diese im Labor gewachsenen Muskeln haben keine Möglichkeit, sich selbst zu reparieren, so dass sie nur wenige Tage bis zu einer Woche halten. In Ihrem Körper erhalten die Muskeln über Ihr Blut Ersatzteile. Aber Biohybrid-Roboter haben kein Flüssigkeitsaustauschsystem, also, sobald das Gewebe abgenutzt ist, ist es das. Und dieser Abbau wird durch die Reibung beschleunigt, die bei der Bewegung der Muskeln entsteht.

Ihre Muskeln sind also von Epimysia und Faszien umgeben, Bindegeweben, die einzelne Muskeln trennen und ihnen helfen, sanft aneinander vorbei zu gleiten. Um also länger halten zu können, benötigen Biohybrid-Roboter eine Art biokompatibles Schmiermittel, um die Reibung zu reduzieren, wie bio-WD40. Auch der Teil der elektrischen Stimulation könnte etwas Arbeit erfordern. Während es die Arbeit erledigt, ist es schwierig, genau zu kontrollieren, wie stark sich der Muskel zusammenzieht, besonders bei anhaltenden Kontraktionen. Feinmotorische Bewegungen sind also noch nicht wirklich möglich. Der Strom trägt auch zum Verschleiß bei.

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Die Muskeln müssen nass bleiben, so dass die Verwendung von Elektrizität unweigerlich dazu führt, dass sich ein Teil dieses Wassers in Wasserstoff und Sauerstoffgas auflöst, ein Prozess, der als Elektrolyse bezeichnet wird. Diese Gasblasen wiederum schädigen die Muskeln weiter. Eine mögliche Möglichkeit, das zu umgehen, besteht darin, Motoneuronen im Muskelgewebe zu wachsen und sie stattdessen die Muskeln befehligen zu lassen. Was ein wenig zu nah an einem Westworld-Host für meinen Komfort erscheint. Aber es gibt einige gute Gründe, diese biohybriden Roboter weiter zu perfektionieren, auch wenn sie ziemlich gruselig erscheinen.

Ein großer Vorteil der Verwendung echter Muskeln ist, dass sie flexibel sind. Und die Idee, weiche, flexible bewegliche Teile zu verwenden, ist die treibende Kraft hinter dem Bereich der Soft Robotics. Diese Roboter verwenden Dinge wie Kabel und aufblasbare Blasen, um sich anstelle von metallischen Motoren zu bewegen. Und ihre Flexibilität ermöglicht es ihnen, sich besser auf neue Aufgaben einzustellen. Biohybride Roboter könnten zu besseren weichen Robotern führen, einschließlich solcher, die sicher auf oder sogar in unserem Körper zu verwenden wären, da sie nicht so viele scharfe Teile oder zellschädigende Chemikalien enthalten. Aber was für Wissenschaftler wirklich spannend ist, ist, dass sich biohybride Roboter wie wir bewegen können. Das bedeutet, dass sie uns helfen können zu verstehen, warum wir uns so bewegen, wie wir es tun, wie unser Gehirn unseren Körper kontrolliert und wie wir Dinge in Ordnung bringen können, wenn sie schief gehen.

Der menschliche Körper ist eine unglaublich komplexe Maschine. Hunderte von Muskeln sind für die Bewegung der Gelenke in unseren Gliedmaßen verantwortlich, die es uns ermöglichen, zu arbeiten, zu spielen und Dinge zu tun. Mehrere Muskeln können für eine einzige Bewegung verantwortlich sein, und ein einzelner Muskel kann zu mehreren verschiedenen Bewegungen beitragen. Und das bedeutet, wenn jemand eine motorische Beeinträchtigung entwickelt, kann es schwierig sein, genau zu verstehen, was vor sich geht. Zum Beispiel, Menschen, die sich von einem Schlaganfall erholen, erleben manchmal Hemiparese oder Schwäche auf einer Seite des Körpers. Andere können Muskelsynergien haben, bei denen die Aktivierung eines Muskelsatzes zur unfreiwilligen Aktivierung eines anderen führt.

Beide Zustände können das Ergebnis einer fehlenden oder gemischten Kommunikation des Gehirns, von Veränderungen an den Muskeln selbst oder einer Kombination aus beidem sein. Einen Biohybrid-Roboter zu haben, der einen menschlichen Arm nachahmt, könnte Wissenschaftlern helfen, besser zu verstehen, wie diese Bedingungen entstehen und, was noch wichtiger ist, wie Therapeuten am besten mit Patienten zusammenarbeiten können, um ihnen zu helfen, sich zu erholen. Im Grunde genommen müssen wir uns von Grund auf neu aufbauen, um diese wunderbaren Körper vollständig zu verstehen. Womit ich einverstanden bin, solange wir vor diesem vollständigen Westworld-Szenario stehen bleiben, bei dem ich mir nicht sicher bin, ob Caitlin echt ist oder nicht. Außerdem würde es mir nichts ausmachen, wenn wir auf diesen Gesichtern Fortschritte machen würden. Es ist nicht gut.