Tutkijat luovat elävää ihmisen ihoa biohybridiroboteille

Japanilaiset tutkijat ovat luoneet elävää ihmisen ihoa, joka auttaa biohybridirobotien luomisessa, jotka koostuvat sekä elävistä että keinotekoisista materiaaleista.

Menetelmä esiteltiin 9. kesäkuuta Matter-tiedelehdessä.

Tutkijaryhmä pystyi antamaan robotti-sormelle ihonkaltaisen tekstuurin, sekä vettä hylkivät ja itsekorjautuvat ominaisuudet.

Shoji Takeuchi on professori Tokion yliopistossa, Japanissa.

“Sormi näyttää hieman ‘hikiseltä’ heti kasvatusliuoksesta nostettuna”, Takeuchi sanoo. “Koska sormi on käynnissä sähkömoottorin voimalla, on myös mielenkiintoista kuulla moottorin napsahdusäänet sormen kanssa, joka näyttää aivan oikealta.”

Tutkijat ovat jatkuvasti yrittäneet tehdä humanoidirobotteja, jotka näyttävät ‘oikeilta’, erityisesti niille, jotka on kehitetty ollakseen vuorovaikutuksessa ihmisten kanssa terveydenhuolto- ja palvelualoilla. Luomalla ihmismäisen ulkonäön, voidaan parantaa robotiikan viestintätehokkuutta ja miellyttävyyttä.

Keinotekoisen silikoni-ihon rajoitukset

Nykyisten robotien keinotekoinen iho on yleensä valmistettu silikonista, joka jäljittelee ihmisen ulkonäköä. Se ei kuitenkaan saavuta realistisia hienoja tekstuureja, kuten ryppyjä, ja sillä ei ole iholle ominaisia toimintoja. On myös ollut rajallinen menestys elävien ihoarkkien valmistamisessa robotteja varten. On erittäin vaikea sovittaa niitä dynaamisiin esineisiin, joiden pinnat ovat epätasaisia.

“Tällä menetelmällä on oltava taitava käsityöläinen, joka voi leikata ja muotoilla ihon levyjä”, Takeuchi jatkaa. “Pintojen peittämiseksi tehokkaasti ihosoluilla, kehitimme kudoksen muotoilumenetelmän, jolla voimme muotoilla ihon suoraan robotin ympärille, mikä johti saumattomaan ihon peittävyyteen robotti-sormessa.”

Elävän ihon rakentaminen

Tutkijaryhmä upotti robotti-sormen sylinteriin, joka oli täytetty kollageeniliuoksella ja ihmisen verinahan fibroblastien liuoksella, jotka ovat kaksi pääkomponenttia, jotka muodostavat ihmisen ihon sidekudokset. Takeuchin mukaan menetelmän onnistuminen johtuu kollageenin ja fibroblastien seoksen luonnollisesta kutistumisesta, joka aiheuttaa sen kutistumisen ja sovittamisen sormen ympärille.

Tämä kerros tarjoaa perustan seuraavalle kerrokselle soluille kiinnittyä, ja nämä solut ovat ihmisen epidermaalisia keratinosyyttejä, jotka muodostavat 90% uloimmasta ihon kerroksesta. Tämä mahdollistaa robotin saavuttamisen ihonkaltaisen tekstuurin ja kosteuden säilyttämisen ominaisuuksien.

Iho osoitti riittävän voimakkuuden ja joustavuuden mahdollistaakseen robottisormen taivuttamisen ja ojentamisen, ja uloin kerros oli tarpeeksi paksu jotta sitä saattoi nostaa pinseteillä, ja se hylki vettä. Yksi mielenkiintoisimmista kehityksen puolista on, että valmistettu iho osoitti itseparantumisen kyvyn, aivan kuten ihmisillä.

“Olemme yllättyneitä siitä, kuinka hyvin iho sovittuu robotin pintaan”, Takeuchi sanoo. “Mutta tämä työ on vain ensimmäinen askel elävän ihon kanssa peitettävien robotien luomisessa.”

Kaiken kaikkiaan, on kuitenkin edelleen joitakin haasteita tämänkaltaisen elävän ihon kanssa. Yksi näistä on, että se on heikompi kuin luonnollinen iho ja vaatii jatkuvan ravinnonsaannin ja jätteiden poistamisen selviytymiseksi.

Tutkijaryhmä tulee nyt pyrkimään voittamaan nämä haasteet sisällyttämällä sofistikoituja toiminnallisia rakenteita ihon kanssa, jotka voivat sisältää hiustupet, kynnet, aistineuronit ja hikirauhaset.

“Luulen, että elävä iho on lopullinen ratkaisu antaa robotille elävien olentojen ulkonäkö ja tuntuma, koska se on sama materiaali, joka peittää eläinten ruumiit”, Takeuchi sanoo.