Ученые создают живую человеческую кожу для роботов
От героев боевиков до злодеев-убийц, биогибридные роботы, сделанные как из живых, так и из искусственных материалов, были в центре многих научно-фантастических фантазий, вдохновляя сегодняшние инновации в области робототехники. До появления человекоподобных роботов в нашей повседневной жизни еще далеко, но ученые из Японии приближают нас еще на один шаг, создавая живую человеческую кожу на роботах. Разработанный метод, представленный в издании Android Robot, не только придавал роботизированному пальцу текстуру, похожую на кожу, но также водоотталкивающие и самовосстанавливающиеся функции.
«Палец выглядит слегка вспотевшим прямо из культуральной среды», — говорит первый автор Сёдзи Такеучи, профессор Токийского университета, Япония. «Поскольку палец приводится в движение электродвигателем, также интересно услышать щелкающие звуки двигателя в гармонии с пальцем, который выглядит точно так же, как настоящий».
Выглядеть «настоящим», как человек, является одним из главных приоритетов для роботов-гуманоидов, которым часто поручают взаимодействовать с людьми в сфере здравоохранения и услуг. Человекоподобный внешний вид может повысить эффективность общения и вызвать симпатию. В то время как текущая силиконовая кожа, сделанная для роботов, может имитировать внешний вид человека, она не справляется, когда речь идет о деликатных текстурах, таких как морщины, и не имеет специфических для кожи функций. Попытки изготовить листы живой кожи для покрытия роботов также имели ограниченный успех, поскольку их сложно подогнать под динамические объекты с неровными поверхностями.
«При использовании этого метода у вас должны быть руки опытного мастера, который может вырезать и подогнать листы кожи», — говорит Такеучи. «Чтобы эффективно покрыть поверхности клетками кожи, мы внедрили метод формования ткани, чтобы непосредственно формировать ткань кожи вокруг робота, что привело к бесшовному покрытию кожи на пальце робота».
Чтобы создать кожу, команда сначала погрузила палец робота в цилиндр, наполненный раствором коллагена и дермальных фибробластов человека, двух основных компонентов, из которых состоят соединительные ткани кожи. Такеучи говорит, что успех исследования заключается в естественной склонности этой смеси коллагена и фибробластов сжиматься и плотно прилегать к пальцу. Подобно грунтовке под краску, этот слой обеспечивал однородную основу для следующего слоя клеток — эпидермальных кератиноцитов человека — для прилипания. Эти клетки составляют 90% внешнего слоя кожи, придавая роботу текстуру, похожую на кожу, и влагоудерживающие барьерные свойства.
Созданная кожа обладала достаточной прочностью и эластичностью, чтобы выдерживать динамические движения, когда палец робота сгибался и растягивался. Самый внешний слой был достаточно толстым, чтобы его можно было поднять пинцетом и отталкивать воду, что дает различные преимущества при выполнении конкретных задач, таких как работа с электростатически заряженным крошечным пенополистиролом, материалом, который часто используется в упаковке. При ранении созданная кожа могла даже самовосстанавливаться, как у людей, с помощью коллагеновой повязки, которая постепенно трансформировалась в кожу и выдерживала повторяющиеся движения суставов.
«Мы удивлены тем, насколько хорошо ткань кожи прилегает к поверхности робота», — говорит Такеучи. «Но эта работа — лишь первый шаг к созданию роботов, покрытых живой кожей». Развитая кожа намного слабее, чем естественная кожа, и не может долго существовать без постоянного снабжения питательными веществами и удаления отходов. Затем Такеучи и его команда планируют решить эти проблемы и внедрить в кожу более сложные функциональные структуры, такие как сенсорные нейроны, волосяные фолликулы, ногти и потовые железы. «Я думаю, что живая кожа — это идеальное решение, позволяющее роботам выглядеть и чувствовать себя живыми существами, поскольку это точно такой же материал, который покрывает тела животных», — говорит Такеучи.
