Od bohaterów akcji po nikczemnych zabójców, roboty biohybrydowe wykonane zarówno z żywych, jak i sztucznych materiałów znalazły się w centrum wielu fantazji science fiction, inspirując dzisiejsze innowacje w robotyce. Jeszcze długa droga, zanim podobne do ludzi roboty pojawią się wśród nas w naszym codziennym życiu, ale naukowcy z Japonii przybliżają nas o krok, tworząc żywą ludzką skórę na robotach. Opracowana metoda, zaprezentowana 9 czerwca w czasopiśmie Matter, dała nie tylko teksturę przypominającą skórkę palca robota, ale także właściwości hydrofobowe i samoleczenia.
„Palec wygląda na lekko „spocony” prosto z medium kulturowego – mówi pierwszy autor Shoji Takeuchi, profesor na Uniwersytecie Tokijskim w Japonii. „Ponieważ palec jest napędzany silnikiem elektrycznym, interesujące jest również słyszenie klikania silnika w harmonii z palcem, który wygląda jak prawdziwy”.
Wyglądanie „prawdziwie” jak człowiek jest jednym z głównych priorytetów robotów humanoidalnych, których zadaniem jest często interakcja z ludźmi w branży opieki zdrowotnej i usług. Wygląd podobny do człowieka może poprawić efektywność komunikacji i wywołać sympatię. Chociaż obecna silikonowa skóra stworzona dla robotów może naśladować ludzki wygląd, nie spełnia ona wymagań delikatnych tekstur, takich jak zmarszczki, i nie ma funkcji specyficznych dla skóry. Próby wytwarzania żywych arkuszy skóry do pokrycia robotów również zakończyły się ograniczonym sukcesem, ponieważ dostosowanie ich do dynamicznych obiektów o nierównych powierzchniach jest trudne.
„Dzięki tej metodzie musisz mieć ręce wykwalifikowanego rzemieślnika, który potrafi ciąć i dostosowywać arkusze skóry” – mówi Takeuchi. „Aby skutecznie pokryć powierzchnie komórkami skóry, opracowaliśmy metodę formowania tkanki, aby bezpośrednio formować tkankę skórną wokół robota, co zaowocowało bezproblemowym pokryciem skóry na palcu robota”.
Aby stworzyć skórę, zespół najpierw zanurzył palec robota w cylindrze wypełnionym roztworem kolagenu i ludzkich fibroblastów skóry, dwóch głównych składników tworzących tkankę łączną skóry. Takeuchi twierdzi, że sukces badania leży w naturalnej tendencji do kurczenia się tej mieszanki kolagenu i fibroblastów, która skurczyła się i ściśle dopasowywała do palca. Podobnie jak farby podkładowe, warstwa ta zapewniała jednolitą podstawę dla następnej warstwy komórek – ludzkich keratynocytów naskórka – do których ma się przyczepić. Komórki te stanowią 90% najbardziej zewnętrznej warstwy skóry, nadając robotowi teksturę podobną do skóry i właściwości barierowe zatrzymujące wilgoć.
Wytworzona skóra miała wystarczającą siłę i elastyczność, aby wytrzymać dynamiczne ruchy, gdy palec robota zginał się i rozciągał. Najbardziej zewnętrzna warstwa była wystarczająco gruba, aby można ją było podnieść pęsetą i odpychać wodę, co zapewnia różne korzyści w wykonywaniu określonych zadań, takich jak obsługa naładowanej elektrostatycznie maleńkiej pianki polistyrenowej, materiału często używanego w opakowaniach. Po zranieniu, spreparowana skóra mogła nawet samoleczyć się jak ludzie, za pomocą bandaża kolagenowego, który stopniowo przechodził w skórę i wytrzymywał powtarzające się ruchy stawów.
„Jesteśmy zaskoczeni, jak dobrze tkanka skóry dopasowuje się do powierzchni robota” – mówi Takeuchi. „Ale ta praca to dopiero pierwszy krok w kierunku stworzenia robotów pokrytych żywą skórą”. Rozwinięta skóra jest znacznie słabsza niż skóra naturalna i nie może przetrwać długo bez stałego dostarczania składników odżywczych i usuwania odpadów. Następnie Takeuchi i jego zespół planują rozwiązać te problemy i wprowadzić do skóry bardziej wyrafinowane struktury funkcjonalne, takie jak neurony czuciowe, mieszki włosowe, paznokcie i gruczoły potowe.
„Myślę, że żywa skóra to najlepsze rozwiązanie, aby nadać robotom wygląd i dotyk żywych stworzeń, ponieważ jest to dokładnie ten sam materiał, który pokrywa ciała zwierząt”, mówi Takeuchi.
Praca ta była finansowana z funduszy JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research (KAKENHI) i JSPS Grant-in-Aid for Early Career Scientists (KAKENHI).
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Prasa komórkowa. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.