Forskare skapar levande mänsklig hud för biohybridrobotar

Forskare från Japan har skapat levande mänsklig hud som kommer att hjälpa till att skapa biohybridrobotar, som är tillverkade av både levande och artificiella material.

Metoden presenterades den 9 juni i tidskriften Matter.

Laget lyckades ge ett robotfinger en hudliknande textur, samt vattenavvisande och självläkande funktioner.

Shoji Takeuchi är professor vid Universitetet i Tokyo, Japan.

“Fingret ser lite ‘svettigt’ ut direkt ur odlingsmediet”, säger Takeuchi. “Eftersom fingret drivs av en elmotor är det också intressant att höra motorljuden i harmoni med ett finger som ser ut som en riktig.”

Forskare har konsekvent försökt få humanoida robotar att se ‘verkliga’ ut, särskilt för de som utvecklas för att interagera med människor inom hälso- och tjänstesektorerna. Genom att skapa ett människoliknande utseende kan kommunikationseffektiviteten och omtycktheten hos robotik förbättras.

Begränsningar av artificiell silikonhud

Den artificiella huden som utvecklats för nuvarande robotar är vanligtvis tillverkad av silikon, som imiterar mänskligt utseende. Men den uppnår inte realistiska fina strukturer som rynkor, och den saknar hudspecifika funktioner. Det har också varit begränsad framgång i tillverkningen av levande hudark för att täcka robotar. Det är mycket svårt att anpassa dem till dynamiska föremål med ojämna ytor.

“Med den metoden måste du ha händerna på en skicklig hantverkare som kan skära och sy om hudarken”, fortsätter Takeuchi. “För att effektivt täcka ytor med hudceller etablerade vi en vävnadsformningsmetod för att direkt forma hudvävnad runt roboten, vilket resulterade i ett sömlöst hudtäcke på ett robotfinger.”

Konstruktion av levande hud

Laget sänkte först ned robotfingret i en cylinder fylld med en lösning av kollagen och humana dermala fibroblaster, som är två av de viktigaste komponenterna som utgör bindväven i mänsklig hud. Enligt Takeuchi är metodens framgång tack vare den naturliga krympningen av kollagen- och fibroblastblandningen, som orsakar att den krymper och anpassar sig till fingret.

Detta lager utgör grunden för nästa skikt av celler att fästa på, och dessa celler är humana epidermala keratinocyter, som utgör 90 procent av hudens yttersta lager. Detta möjliggör för roboten att uppnå en hudliknande textur och barriäregenskaper som bevarar fukt.

Huden visade tillräcklig styrka och elasticitet för att tillåta robotfingret att kröka och sträcka sig, och det yttre lagret var tillräckligt tjockt för att lyftas med pincett och avvisa vatten. En av de 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 detta arbete är bara det första steget mot att skapa robotar täckta med levande hud.”

Med allt sagt finns det fortfarande några utmaningar med denna typ av levande hud. För det första är den svagare än naturlig hud och kräver en konstant näringsförsörjning och avfallshantering för att överleva.

Laget kommer nu att försöka övervinna dessa utmaningar genom att inkorporera avancerade funktionella strukturer med huden, som kan inkludera hårfolliklar, naglar, sensoriska neuroner och svettkörtlar.

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