Forskare skapar levande mänsklig hud för biohybridrobotar

Forskare från Japan har skapat levande mänsklig hud som hjälper till att skapa biohybridrobotar, som är gjorda av både levande och konstgjorda material.

Metoden presenterades den 9 juni i tidskriften Materia.

Teamet kunde ge ett robotfinger en hudliknande struktur, samt vattenavvisande och självläkande funktioner.

Shoji Takeuchi är professor vid University of Tokyo, Japan.

"Fingret ser lite "svettigt" ut direkt ur odlingsmediet, säger Takeuchi. "Eftersom fingret drivs av en elmotor är det också intressant att höra motorns klickande ljud i harmoni med ett finger som ser ut som ett riktigt finger."

Forskare har konsekvent försökt få humanoida robotar att se "riktiga" ut, särskilt för de som är utvecklade för att interagera med människor inom hälso- och sjukvårds- och tjänstesektorn. Genom att skapa ett mänskligt utseende kan kommunikationseffektiviteten och likheten hos robotik förbättras.

Begränsningar av artificiell silikonhud

Den konstgjorda huden som utvecklats för nuvarande robotar är vanligtvis gjord av silikon, som efterliknar mänskligt utseende. Den uppnår dock inte realistiska ömtåliga texturer som rynkor, och den saknar hudspecifika funktioner. Det har också varit begränsad framgång med att tillverka levande skinnlakan för att täcka robotar. Det är mycket svårt att anpassa dem till dynamiska objekt med ojämna ytor.

"Med den metoden måste du ha händerna på en skicklig hantverkare som kan skära och skräddarsy skinnarken", fortsätter Takeuchi. "För att effektivt täcka ytor med hudceller etablerade vi en vävnadsformningsmetod för att direkt forma hudvävnad runt roboten, vilket resulterade i en sömlös hudtäckning på ett robotfinger."

Konstruera den levande huden

Teamet sänkte först robotfingret i en cylinder fylld med en lösning av kollagen och mänskliga dermala fibroblaster, som är två av huvudkomponenterna som utgör mänsklig huds bindväv. Enligt Takeuchi beror metodens framgång på den naturliga krymptendensen hos kollagen- och fibroblastblandningen, vilket får den att krympa och anpassa sig efter fingret.

Detta lager utgör grunden för nästa lager av celler att fästa vid, och dessa celler är mänskliga epidermala keratinocyter, som utgör 90 % av det yttersta lagret av huden. Detta gör det möjligt för roboten att uppnå en hudliknande struktur och fuktbevarande barriäregenskaper.

Huden visade tillräckligt med styrka och elasticitet för att låta robotfingret krulla och sträcka sig, och det yttersta lagret var tillräckligt tjockt för att lyftas med pincett och stöta bort vatten. En av de andra mer intressanta aspekterna av denna utveckling är att den tillverkade huden visade en förmåga att självläka, precis som mänsklig hud.

"Vi är förvånade över hur väl hudvävnaden anpassar sig till robotens yta", säger Takeuchi. "Men det här arbetet är bara det första steget mot att skapa robotar täckta med levande hud."

Med allt detta sagt finns det fortfarande vissa utmaningar med denna typ av levande hud. För det första är den svagare än naturlig hud och kräver konstant näringstillförsel och borttagning av avfall för att överleva.

Teamet kommer nu att försöka övervinna dessa utmaningar genom att införliva sofistikerade funktionella strukturer i huden, vilket kan inkludera hårsäckar, naglar, sensoriska nervceller och svettkörtlar.

"Jag tror att levande hud är den ultimata lösningen för att ge robotar utseendet och touchen av levande varelser eftersom det är exakt samma material som täcker djurkroppar", säger Takeuchi.