Ученые разработали «живую» кожу для роботов, и это нечто

May 07, 2023

От Талоса, гигантского бронзового автоматона, охранявшего принцессу Европу в древнегреческих мифах, до Сайлонов и Терминаторов, идея искусственных людей одновременно очаровывала и пугала нас на протяжении веков.

Теперь мы как никогда близки к тому, чтобы сделать робота максимально похожим на человека, благодаря разработке живой кожи робота. Это неприглядное на вид вещество обладает водоотталкивающими свойствами, самовосстанавливается и имеет текстуру, похожую на нашу собственную кожу.

Потому что на самом деле он сделан из клеток кожи человека.

«Я думаю, что живая кожа — это идеальное решение, позволяющее придать роботам вид и прикосновение к живым существам, поскольку это тот же самый материал, который покрывает тела животных», — сказал инженер тканей Токийского университета Сёдзи Такеучи.

Исследователи успешно покрыли трехсуставной функционирующий палец робота прототипом выращенной в лаборатории кожи.

«Палец выглядит слегка «потным» прямо из культуральной среды», — говорит Такеучи. «Поскольку палец приводится в движение электродвигателем, также интересно услышать щелкающие звуки мотора, гармонирующие с пальцем, который выглядит так же, как настоящий».

Предыдущие попытки пересадить кожу на роботизированные поверхности оказались непростыми, поэтому инженер по тканям Токийского университета Мичио Каваи и его коллеги применили подход, который позволяет коже приспосабливаться к устройству.

«Трудно разрезать, склеить или зашить концы эквивалента кожи, не повредив мягкие, хрупкие ткани», — объясняют Каваи и его команда в своей статье.

Вместо этого они погрузили роботизированную конструкцию в раствор коллагена и дермальных фибробластов – клеток, которые производят белки, образующие структурный матрикс нашей кожи. Это основные части соединительной ткани кожи.

Затем они покрыли этот грунтовочный слой эпидермальными клетками (кератиноцитами), основным компонентом нашего внешнего слоя кожи. Без этого дополнительного слоя материал не обладал бы водоотталкивающими свойствами, такими же, как у животных.

На кадрах ниже электростатически заряженная шарика полистирола прилипает к пальцу без эпидермиса, что затрудняет манипулирование пальцем.

Хотя клейкий материал может выдерживать повторяющиеся растяжения и сжатия движений пальцев робота, он все же намного слабее, чем человеческая кожа. Команда предполагает, что более высокая концентрация коллагена в исходном растворе, а также дальнейшее созревание клеток могут улучшить ситуацию.

Примечательно, что искусственную кожу также можно вылечить с помощью коллагеновой повязки, которую живые клетки берут и интегрируют в свою систему, чтобы помочь заполнить повреждения.

Хотя результаты весьма поразительны, возможности выращенных в лаборатории тканей по-прежнему очень ограничены. Она не может долго существовать вне своего питательного раствора – как и наша кожа, она требует постоянной подачи воды, чтобы избежать высыхания, но слоям искусственной кожи не хватает сложных компонентов системы кровообращения и потовых желез, чтобы обеспечить такую ​​гидратацию.

«Создание перфузионных каналов внутри и под дермой, имитирующих кровеносные сосуды для подачи воды, а также интеграция потовых желез в кожный эквивалент являются важными направлениями будущих исследований», — пишут Каваи и его коллеги.

Они также предлагают добавить «нервы» и датчики, чтобы созданная в лаборатории кожа могла обладать множеством талантов, как и наша, и служить одновременно защитой и органом чувств.

«Мы удивлены тем, насколько хорошо ткань кожи соответствует поверхности робота», — говорит Такеучи. «Но эта работа — лишь первый шаг на пути к созданию роботов, покрытых живой кожей».

Исследователи надеются, что если роботы будут выглядеть более человечными, это поможет нам больше относиться к ним и любить их, чтобы они могли лучше общаться с нами, работая в сфере медицины, ухода и обслуживания. (Это, конечно, если мы сможем вывести искусственных гуманоидов за пределы Зловещей долины.)

«Эти результаты показывают потенциал смены парадигмы от традиционной робототехники к новой схеме биогибридной робототехники, которая использует преимущества как живых, так и искусственных материалов», — заключают исследователи.