Videnskabsmænd skaber levende menneskeskindsfor robotter med biohybrid-teknologi

Videnskabsmænd fra Japan har skabt levende menneskeskin, der kan hjælpe med at skabe biohybrid-robotter, der består af både levende og kunstige materialer.

Metoden blev præsenteret den 9. juni i tidsskriftet Matter.

Holdet kunne give en robotfinger en hudlignende tekstur samt vandafvisende og selvhealingsevner.

Shoji Takeuchi er professor ved University of Tokyo, Japan.

“Fingeren ser lidt ‘svedig’ ud, lige når den kommer ud af kulturmiddlet,” siger Takeuchi. “Da fingeren er drevet af en elektrisk motor, er det også interessant at høre kliklydene fra motoren i harmoni med en finger, der ser ud som en rigtig.”

Videnskabsmænd har konsekvent forsøgt at gøre humanoid-robotter se ‘rigtige’ ud, især for dem, der er udviklet til at interagere med mennesker i sundheds- og serviceindustrien. Ved at skabe en menneske-lignende udseende kan kommunikationseffektiviteten og robotternes sympati værdsættes.

Begrænsninger af kunstig silikonskin

Den kunstige hud, der er udviklet til nuværende robotter, er normalt lavet af silikon, der efterligner menneskeskindsudseende. Det opnår dog ikke realistiske, delikate teksturer som rynker, og det mangler hudspecifikke funktioner. Der har også været begrænset succes i fremstilling af levende hudblade til at dække robotter. Det er meget svært at tilpasse dem til dynamiske objekter med uregelmæssige overflader.

“Med den metode skal du have hænderne på en dygtig håndværker, der kan skære og sy hudbladene,” fortsætter Takeuchi. “For at dække overflader effektivt med hudceller etablerede vi en væv-moldingsmetode til at forme hudvæv direkte omkring robotten, hvilket resulterede i en sammentænget huddækning på en robotfinger.”

Konstruktion af levende hud

Holdet dykkede først robotfingeren i en cylinder fyldt med en opløsning af collagen og humane dermale fibroblaster, der er to af de vigtigste komponenter, der udgør menneskeskinds bindevæv. Ifølge Takeuchi skyldes metodens succes den naturlige tilbøjelighed til at trække sig sammen i collagen- og fibroblastblandingen, hvilket får den til at trække sig sammen og tilpasse sig fingeren.

Dette lag danner grundlaget for det næste lag af celler, der kan hæfte sig fast, og disse celler er humane epidermale keratinocytter, der udgør 90% af det yderste lag af huden. Dette giver robotten en hudlignende tekstur og fugtbevarende barriereegenskaber.

Huden demonstrerede tilstrækkelig styrke og elasticitet til at tillade, at robotfingeren kunne krølle og strække sig, og det yderste lag var tykt nok til at blive løftet med pincetter og afvise vand. En af de mere interessante aspekter ved denne udvikling er, at den fremstillede hud demonstrerede en evne til selvhelbredelse, ligesom menneskehud.

“Vi er overraskede over, hvor godt huden tilpasser sig robotens overflade,” siger Takeuchi. “Men dette arbejde er kun det første skridt mod at skabe robotter dækket med levende hud.”

Med alt dette sagt, er der stadig nogle udfordringer med denne type levende hud. For det første er den svagere end naturlig hud og kræver en konstant næringstilførsel og affaldsafgang for at overleve.

Holdet vil nu forsøge at overvinde disse udfordringer ved at inkorporere sofistikerede funktionelle strukturer med huden, der kan omfatte hårfollikler, negle, sensoriske neuroner og svedkirtler.

“Jeg tror, at levende hud er den ultimative løsning for at give robotterne udseendet og følelsen af levende væsener, da det er præcis det samme materiale, der dækker dyrekroppe,” siger Takeuchi.