科學家為機器人制作活的人類皮膚

從動作英雄到邪惡的刺客，由活體和人造材料制成的生物混合機器人一直是許多科幻幻想的中心，激發了當今的機器人創新。距離類人機器人走進我們的日常生活還有很長的路要走，但來自日本的科學家通過在機器人上制作活的人類皮膚，讓我們更近了一步。開發的方法于 6 月 9 日發表在Matter雜志上，不僅賦予了機器人手指皮膚般的紋理，而且還具有防水和自愈功能。

“直接從培養基中取出的手指看起來有點‘出汗’，”第一作者、日本東京大學教授 Shoji Takeuchi 說。“由于手指是由電動馬達驅動的，因此聽到馬達發出的咔噠聲與看起來就像真實手指的手指和諧一致也很有趣。”

看起來像人類一樣“真實”是人形機器人的首要任務之一，這些機器人通常負責在醫療保健和服務行業與人類互動。類似人類的外觀可以提高溝通效率并喚起人們的喜愛。雖然目前為機器人制造的硅膠皮膚可以模仿人類的外表，但它在皺紋等細膩紋理方面存在不足，并且缺乏皮膚特有的功能。制造活體皮膚片以覆蓋機器人的嘗試也取得了有限的成功，因為要使它們適應具有不平坦表面的動態物體具有挑戰性。

“使用這種方法，您必須擁有能夠切割和剪裁皮膚片材的熟練工匠的雙手，”Takeuchi 說。“為了有效地用皮膚細胞覆蓋表面，我們建立了一種組織成型方法，直接在機器人周圍塑造皮膚組織，從而在機器人手指上實現無縫皮膚覆蓋。”

為了制作皮膚，該團隊首先將機器人手指浸入一個裝有膠原蛋白和人類真皮成纖維細胞溶液的圓柱體中，這兩種主要成分構成皮膚的結締組織。Takeuchi 說，這項研究的成功在于這種膠原蛋白和成纖維細胞混合物的自然收縮趨勢，這種混合物收縮并緊密貼合手指。就像油漆底漆一樣，這一層為下一層細胞——人類表皮角質形成細胞——提供了一個統一的基礎。這些細胞占皮膚最外層的 90%，賦予機器人皮膚般的質地和保濕屏障特性。

制作的皮膚有足夠的強度和彈性來承受機器人手指彎曲和伸展時的動態運動。最外層足夠厚，可以用鑷子和排斥水提起，這為執行特定任務提供了各種優勢，例如處理帶靜電的微小聚苯乙烯泡沫，這是一種常用于包裝的材料。受傷時，人造皮膚甚至可以在膠原繃帶的幫助下像人類一樣自我修復，膠原繃帶逐漸變形為皮膚并經受住反復的關節運動。

“我們對皮膚組織與機器人表面的貼合程度感到驚訝，”Takeuchi 說。“但這項工作只是創造覆蓋有活體皮膚的機器人的第一步。” 發達的皮膚比自然皮膚脆弱得多，如果沒有持續的營養供應和廢物清除，就無法長期生存。接下來，Takeuchi 和他的團隊計劃解決這些問題，并在皮膚內整合更復雜的功能結構，例如感覺神經元、毛囊、指甲和汗腺。

“我認為活體皮膚是賦予機器人生物外觀和觸感的終極解決方案，因為它與覆蓋動物身體的材料完全相同，”Takeuchi 說。