«Жива шкіра», що самовідновлюється, може зробити роботів більш схожими на людину

Поєднання культивованих клітин і силікону може допомогти роботам у майбутньому виглядати більш людьми завдяки реалістичній еластичності шкіри. І вони теж можуть посміхатися, як ми. Роботи майбутнього можуть бути закутані в реалістичну шкіру, яка здатна відновлюватися, подібно до того, як людська шкіра заживає, завдяки новому підходу, що включає культивовані клітини шкіри.

Шкіра також виглядатиме більш реалістичною завдяки новому способу кріплення її до скелета робота, а також тому факту, що він може сам відновити будь-які порізи чи подряпини, – кажуть дослідники. Вони опублікували свої висновки 25 червня в журналі Cell Reports Physical Science.

Робототехніки раніше намагалися вирішити проблему штучної шкіри, яка провисає над металевим каркасом, закріпивши її за допомогою «якорів», гачків або грибоподібних структур. Це запобігає зсуву шкіри на рамі робота, але клейкі структури можуть стирчати під шкірою у вигляді грудок, що погіршує його людський вигляд.

У новому дослідженні дослідники запропонували метод, за допомогою якого скелет робота містить крихітні отвори, в які штучно вирощена шкіра може простягати v-подібні гачки, відомі як «анкери типу перфорації». Вони утримують штучну шкіру на роботі, зберігаючи при цьому гладку та гнучку поверхню.

Робимо шкіру робота більш реалістичною

Штучна шкіра накладається на роботу, оброблену плазмою водяної пари, щоб зробити її гідрофільною — іншими словами, забезпечити притягування рідини до поверхні. Це означає, що гель культивованої шкіри втягується глибше в отвори, щоб щільніше прилипати до поверхні робота.

Штучна шкіра вже давно рекламується як спосіб зробити роботів більш схожими на людину, а культивована шкіра виглядає більш реалістичною, ніж синтетичні матеріали, такі як латекс. Але без правильного клейового підходу штучна шкіра може звисати з рами робота, що викликає занепокоєння.

Однією з головних переваг цієї нової оболонки є те, що вона дозволить роботам працювати поруч з людьми, не відчуваючи надмірного зносу. Невеликі розриви або подібні пошкодження можна виправити без необхідності вручну ремонтувати роботів, сказала команда. Однак вони не виміряли, як швидко штучна шкіра зажила після пошкодження.

В одній демонстрації дослідники відтворили, як змінюється шкіра, коли людина посміхається. Це передбачало з’єднання штучної шкіри з обличчям робота зі ковзним шаром силікону під ним. Це призводить до «надування щік», оскільки м’язи напружуються, і шкіра підтягується в обох кутах рота. Завдяки кріпленням для перфорації шкіра могла безперешкодно підходити до 3D-форми обличчя без виступаючих болтів чи гачків.

Дослідники також порівняли штучну шкіру, нанесену на поверхню з кріпленнями на основі перфорації та без них. На поверхнях без анкерів оболонка скоротилася на 84,5% протягом семи днів у порівнянні з 33,6% на поверхні з анкерами 0,04 дюйма (1 міліметр). Звуження шкіри робота відокремило б шкіру від внутрішньої рами робота, зруйнувавши його реалістичний вигляд і потенційно спричинивши пошкодження шару шкіри. Шкіра на поверхнях з більшими 0,1-дюймовими (3 мм) і 0,2-дюймовими (5 мм) якорями зберігалася ще довше, на 26,4% і 32,2% відповідно). 

Шлях до створення людиноподібних андроїдів

Шодзі Такеучі, дослідник з Інституту промислової науки (IIS) Токійського університету, сказав Live Science, що ще потрібно зробити кілька кроків, перш ніж роботи, ймовірно, будуть носити шкіру за методами команди.

«По-перше, нам потрібно підвищити міцність і довговічність культивованої шкіри при застосуванні до роботів, зокрема шляхом вирішення проблем, пов’язаних із постачанням поживних речовин і вологи», — сказав він. «Це може включати розвиток інтегрованих кровоносних судин або інших перфузійних систем у шкірі».

«По-друге, вирішальним є підвищення механічної міцності шкіри, щоб вона відповідала натуральній людській шкірі. Це передбачає оптимізацію структури та концентрації колагену в культивованій шкірі».

Такеучі також зазначив, що для того, щоб бути по-справжньому функціональною, штучна шкіра зрештою повинна буде передавати сенсорну інформацію, таку як температура та дотик, до будь-якого робота, який її носить, а також бути стійкою до біологічного забруднення.

Вчені заявили, що дослідження в цій галузі можуть сприяти нашому розумінню того, як лицьові м’язи передають емоції — що, своєю чергою, може сприяти прориву в хірургії для лікування захворювань, таких як параліч обличчя, або розширити можливості косметики та ортопедичної хірургії. Краще розуміння адгезії до шкіри може також запобігти необхідності будь-яких V-подібних отворів у майбутніх роботах.