Wissenschaftler erschaffen lebende menschliche Haut für Biohybridroboter

Wissenschaftler aus Japan haben lebende menschliche Haut geschaffen, die bei der Entwicklung biohybrider Roboter helfen wird, die sowohl aus lebenden als auch aus künstlichen Materialien bestehen.

Die Methode wurde am 9. Juni in der Zeitschrift vorgestellt Materie.

Das Team konnte einem Roboterfinger eine hautähnliche Textur sowie wasserabweisende und selbstheilende Funktionen verleihen.

Shoji Takeuchi ist Professor an der Universität Tokio, Japan.

„Der Finger sieht direkt aus dem Kulturmedium leicht ‚verschwitzt‘ aus“, sagt Takeuchi. „Da der Finger von einem Elektromotor angetrieben wird, ist es auch interessant, die Klickgeräusche des Motors im Einklang mit einem Finger zu hören, der wie ein echter Finger aussieht.“

Wissenschaftler haben stets versucht, humanoide Roboter „echt“ aussehen zu lassen, insbesondere solche, die für die Interaktion mit Menschen im Gesundheitswesen und in der Dienstleistungsbranche entwickelt wurden. Durch die Schaffung eines menschenähnlichen Erscheinungsbilds können die Kommunikationseffizienz und die Sympathie der Robotik verbessert werden.

Einschränkungen künstlicher Silikonhaut

Die für aktuelle Roboter entwickelte künstliche Haut besteht meist aus Silikon, das dem menschlichen Aussehen nachempfunden ist. Es erzielt jedoch keine realistischen zarten Texturen wie Falten und es fehlen hautspezifische Funktionen. Es gab auch nur begrenzte Erfolge bei der Herstellung lebender Hautschichten zur Abdeckung von Robotern. Es ist sehr schwierig, sie an dynamische Objekte mit unebenen Oberflächen anzupassen.

„Bei dieser Methode braucht man die Hände eines erfahrenen Handwerkers, der die Hautschichten zuschneiden und maßschneidern kann“, fährt Takeuchi fort. „Um Oberflächen effizient mit Hautzellen zu bedecken, haben wir eine Gewebeformungsmethode entwickelt, um Hautgewebe direkt um den Roboter herum zu formen, was zu einer nahtlosen Hautabdeckung auf einem Roboterfinger führte.“

Aufbau der lebenden Haut

Das Team tauchte den Roboterfinger zunächst in einen Zylinder, der mit einer Lösung aus Kollagen und menschlichen Hautfibroblasten gefüllt war, zwei der Hauptbestandteile des Bindegewebes der menschlichen Haut. Takeuchi zufolge ist der Erfolg der Methode auf die natürliche Schrumpfungstendenz der Kollagen-Fibroblasten-Mischung zurückzuführen, die dazu führt, dass sie schrumpft und sich dem Finger anpasst.

Diese Schicht bildet die Grundlage für die nächste Zellschicht, an der sie haften kann. Bei diesen Zellen handelt es sich um menschliche epidermale Keratinozyten, die 90 % der äußersten Hautschicht ausmachen. Dadurch erreicht der Roboter eine hautähnliche Textur und feuchtigkeitsspeichernde Barriereeigenschaften.

Die Haut zeigte genügend Festigkeit und Elastizität, um dem Roboterfinger das Kräuseln und Strecken zu ermöglichen, und die äußerste Schicht war dick genug, um mit einer Pinzette angehoben zu werden, und wasserabweisend. Ein weiterer interessanter Aspekt dieser Entwicklung ist, dass die hergestellte Haut genau wie die menschliche Haut die Fähigkeit zur Selbstheilung zeigte.

„Wir sind überrascht, wie gut sich das Hautgewebe an die Oberfläche des Roboters anpasst“, sagt Takeuchi. „Aber diese Arbeit ist nur der erste Schritt zur Entwicklung von Robotern, die mit lebender Haut bedeckt sind.“

Trotz alledem gibt es bei dieser Art von lebender Haut immer noch einige Herausforderungen. Zum einen ist sie schwächer als die natürliche Haut und benötigt zum Überleben eine ständige Nährstoffversorgung und Abfallentsorgung.

Das Team wird nun versuchen, diese Herausforderungen zu meistern, indem es anspruchsvolle funktionelle Strukturen in die Haut integriert, zu denen Haarfollikel, Nägel, sensorische Neuronen und Schweißdrüsen gehören könnten.

„Ich denke, lebende Haut ist die ultimative Lösung, um Robotern das Aussehen und die Haptik von Lebewesen zu verleihen, da es sich um genau das gleiche Material handelt, das Tierkörper bedeckt“, sagt Takeuchi.