Wissenschaftler erstellen lebende menschliche Haut für Biohybrid-Roboter

Wissenschaftler aus Japan haben lebende menschliche Haut entwickelt, die bei der Erstellung von Biohybrid-Robotern hilft, die aus lebenden und künstlichen Materialien bestehen.

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

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

Shoji Takeuchi ist Professor an der Universität Tokio, Japan.

“Der Finger sieht direkt aus der Kulturmedium etwas ‘schwitzig’ aus,” sagt Takeuchi. “Da der Finger von einem Elektromotor angetrieben wird, ist es auch interessant, die Klickgeräusche des Motors in Harmonie mit einem Finger zu hören, der wie ein echter aussieht.”

Wissenschaftler haben sich bemüht, humanoide Roboter so zu gestalten, dass sie ‘echt’ aussehen, insbesondere für solche, die entwickelt wurden, um mit Menschen in der Gesundheits- und Dienstleistungsbranche zu interagieren. Durch die Schaffung eines menschenähnlichen Aussehens kann die Kommunikationseffizienz und die Sympathie für die Robotik verbessert werden.

Einschränkungen von künstlicher Silikonhaut

Die künstliche Haut, die für aktuelle Roboter entwickelt wurde, besteht in der Regel aus Silikon, das das menschliche Aussehen nachahmt. Sie erreicht jedoch nicht realistische feine Texturen wie Falten und verfügt nicht über spezifische Hautfunktionen. Es gab auch nur begrenzten Erfolg bei der Herstellung von lebenden Hautschichten, um Roboter zu bedecken. Es ist sehr schwierig, sie an dynamische Objekte mit unebenen Oberflächen anzupassen.

“Mit dieser Methode muss man die Hände eines geschickten Handwerkers haben, der die Hautschichten schneiden und anpassen kann,” fährt Takeuchi fort. “Um Oberflächen effizient mit Hautzellen zu bedecken, haben wir eine Gewebemethode entwickelt, um Hautgewebe direkt um den Roboter zu formen, was zu einer nahtlosen Hautbedeckung auf einem Roboterfinger führte.”

Erstellung der lebenden Haut

Das Team tauchte den Roboterfinger zunächst in einen Zylinder ein, der mit einer Lösung von Kollagen und humanen dermalen Fibroblasten gefüllt war, die zwei der Hauptbestandteile sind, die das Bindegewebe der menschlichen Haut bilden. Laut Takeuchi liegt der Erfolg der Methode in der natürlichen Schrumpftendenz der Kollagen- und Fibroblastenmischung, die dazu führt, dass sie schrumpft und sich an den Finger anpasst.

Diese Schicht bildet die Grundlage für die nächste Schicht von Zellen, die daran haften, und diese Zellen sind humane epidermale Keratinozyten, die 90% der äußersten Schicht der Haut ausmachen. Dies ermöglicht es dem Roboter, eine hautähnliche Textur und eine feuchtigkeitsabweisende Barriere zu erzielen.

Die Haut zeigte genügend Stärke und Elastizität, um es dem Roboterfinger zu ermöglichen, sich zu krümmen und zu strecken, und die äußerste Schicht war dick genug, um mit einer Pinzette angehoben und wasserableitend zu werden. Eine der interessanteren Aspekte dieser Entwicklung ist, dass die hergestellte Haut die Fähigkeit zeigte, sich selbst zu heilen, genau wie menschliche Haut.

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

Es gibt jedoch noch einige Herausforderungen bei dieser Art von lebender Haut. Sie ist schwächer als natürliche Haut und benötigt eine ständige Nährstoffversorgung und Abfallentsorgung, um zu überleben.

Das Team wird nun versuchen, diese Herausforderungen zu überwinden, indem es fortschrittliche funktionale Strukturen in die Haut integriert, die Haarfollikel, Nägel, sensorische Neuronen und Schweißdrüsen umfassen könnten.

“Ich denke, lebende Haut ist die ultimative Lösung, um Robotern das Aussehen und die Berührung von lebenden Wesen zu verleihen, da sie genau das gleiche Material ist, das Tierkörper bedeckt,” sagt Takeuchi.