นักวิทยาศาสตร์สร้างผิวหนังมนุษย์ที่มีชีวิตสำหรับหุ่นยนต์ไบโอไฮบริด

นักวิทยาศาสตร์จากญี่ปุ่นได้สร้างผิวหนังมนุษย์ที่มีชีวิตซึ่งจะช่วยในการสร้างหุ่นยนต์ไบโอไฮบริด ซึ่งทำจากวัสดุที่มีชีวิตและวัสดุสังเคราะห์

วิธีการนี้ได้รับการนำเสนอเมื่อวันที่ 9 มิถุนายน ในวารสาร Matter

ทีมงานสามารถให้ลักษณะผิวหนังที่คล้ายกับผิวหนังมนุษย์แก่นิ้วหุ่นยนต์ รวมถึงคุณสมบัติไม่เปียกน้ำและซ่อมแซมตัวเองได้

Shoji Takeuchi เป็นศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยโตเกียว ประเทศญี่ปุ่น

“นิ้วหุ่นยนต์ดูเหมือนจะ ‘เหงื่อ’ เล็กน้อยเมื่อออกจากอาหารเลี้ยงเซลล์” Takeuchi กล่าว “เนื่องจากนิ้วหุ่นยนต์ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า จึงน่าสนใจที่จะได้ยินเสียงคลิกของมอเตอร์ที่สอดคล้องกับนิ้วที่ดูเหมือนจริง”

นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามสร้างหุ่นยนต์มนุษย์ที่ดู ‘จริง’ โดยเฉพาะสำหรับหุ่นยนต์ที่พัฒนาเพื่อโต้ตอบกับมนุษย์ในอุตสาหกรรมสุขภาพและบริการ โดยการสร้างลักษณะที่คล้ายกับมนุษย์ สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพในการสื่อสารและความน่าชอบของหุ่นยนต์ได้

ข้อจำกัดของผิวหนังซิลิโคนเทียม

ผิวหนังเทียมที่พัฒนาสำหรับหุ่นยนต์ในปัจจุบันโดยทั่วไปทำจากซิลิโคน ซึ่งเลียนแบบลักษณะของผิวหนังมนุษย์ แต่ไม่สามารถสร้างลักษณะที่ละเอียดและสมจริงได้ เช่น ริ้วรอย และไม่มีฟังก์ชันเฉพาะของผิวหนัง มีการพัฒนาผิวหนังที่มีชีวิตเพื่อปิดหุ่นยนต์ แต่ประสบความสำเร็จเพียงจำกัด การทำให้แผ่นผิวหนังแนบพอดีกับวัตถุที่เคลื่อนไหวและมีพื้นผิวไม่สม่ำเสมอนั้นยากมาก

“ด้วยวิธีการนั้น คุณต้องมีมือที่มีทักษะของช่างฝีมือที่สามารถตัดและปรับแต่งแผ่นผิวหนังให้พอดี” Takeuchi กล่าวต่อ “เพื่อปกคลุมพื้นผิวด้วยเซลล์ผิวหนังอย่างมีประสิทธิภาพ เราได้พัฒนาวิธีการสร้างเนื้อเยื่อเพื่อสร้างผิวหนังโดยตรงบนหุ่นยนต์ ซึ่งได้ผลลัพธ์ที่เป็นผิวหนังที่ไม่มีรอยต่อบนนิ้วหุ่นยนต์”

การก่อสร้างผิวหนังที่มีชีวิต

ทีมงานได้เริ่มต้นโดยการแช่นิ้วหุ่นยนต์ในกระบอกสูบที่เต็มไปด้วยสารละลายคอลลาเจนและเซลล์ไฟโบรบลาสต์ผิวหนังมนุษย์ ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของเนื้อเยื่อผิวหนัง Takeuchi กล่าวว่าความสำเร็จของวิธีการนี้มาจากการที่คอลลาเจนและเซลล์ไฟโบรบลาสต์มีความสามารถในการหดตัวและปรับให้พอดีกับนิ้วหุ่นยนต์

ชั้นนี้ให้พื้นฐานสำหรับชั้นต่อไปของเซลล์ที่จะยึดติดกัน และเซลล์เหล่านี้คือเซลล์เคอราติโนไซต์ผิวหนังมนุษย์ ซึ่งประกอบเป็น 90% ของชั้นผิวหนังที่อยู่ด้านนอกสุด ทำให้หุ่นยนต์มีลักษณะผิวหนังและคุณสมบัติเป็นเกราะรักษาความชุ่มชื้น

ผิวหนังที่สร้างขึ้นมีความแข็งแรงและยืดหยุ่นเพียงพอเพื่อให้นิ้วหุ่นยนต์สามารถงอและยืดได้ และชั้นผิวหนังที่อยู่ด้านนอกสุดมีความหนาเพียงพอในการคีบยกด้วยแหนบและไม่เปียกน้ำ หนึ่งในด้านที่น่าสนใจของการพัฒนานี้คือผิวหนังที่สร้างขึ้นมีความสามารถในการฟื้นตัวเหมือนกับผิวหนังมนุษย์

“เราต้องประหลาดใจที่ผิวหนังสามารถปรับให้พอดีกับพื้นผิวหุ่นยนต์ได้ดี” Takeuchi กล่าว “แต่งานนี้เป็นเพียงขั้นตอนแรกในการสร้างหุ่นยนต์ที่มีผิวหนังที่มีชีวิต”

ด้วยทุกสิ่งที่กล่าวมา ยังมีความท้าทายบางอย่างเกี่ยวกับผิวหนังที่มีชีวิตนี้ เช่น มีความอ่อนแอกว่าผิวหนังธรรมชาติและต้องการสารอาหารและระบบกำจัดของเสียอย่างต่อเนื่องเพื่อการอยู่รอด

ทีมงานจะพยายามเอาชนะความท้าทายเหล่านี้โดยการรวมโครงสร้างการทำงานที่ซับซ้อนเข้ากับผิวหนัง ซึ่งอาจรวมถึงรูขุมขน เล็บ เซลล์ประสาทรับความรู้สึก และต่อมเหงื่อ

“ฉันคิดว่าผิวหนังที่มีชีวิตเป็นวิธีแก้ปัญหาอย่างสุดท้ายในการให้หุ่นยนต์มีลักษณะและความรู้สึกเหมือนสิ่งมีชีวิต เนื่องจากเป็นวัสดุเดียวกับที่ปกคลุมร่างกายสัตว์” Takeuchi กล่าว