Исследователи из Токийского университета в Японии объединили знания в области робототехники и биотехнологии, чтобы создать управляемый роботизированный палец, покрытый живой тканью кожи. Об этом сообщает интернет-издание Freethink. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Профессор Сёдзи Такеучи – пионер в области биогибридных роботов, пересечения научных отраслей робототехники и биоинженерии. Вместе с другими исследователями из Токийского университета он изучает такие вещи, как искусственные мышцы, синтетические рецепторы запаха, выращенное в лаборатории мясо и многое другое.
Его последнее творение вдохновлено и направлено на помощь в медицинских исследованиях повреждений кожи, таких как глубокие раны и ожоги, а также на содействие развитию производства.
Роботизированный палец имеет живые клетки и поддерживающий органический материал, выращенный поверх него для идеальной формы и прочности. Его внешняя текстура не только похожа на кожу, но и так же обладает водоотталкивающими и самовосстанавливающимися функциями.
«Мы создали работающий роботизированный палец, который способен шевелиться так же, как и человеческий. Он покрыт своего рода искусственной кожей, которая представляет собой сложную трехмерную матрицу, которая выращивается непосредственно на каркасе будущего пальца, затем обрезается по нужному размеру и прикрепляется к устройству. Наш метод обеспечивает более полное покрытие и более прочную фиксацию», – пояснил Такеучи.
Он также добавил: «Поскольку палец приводится в движение электродвигателем, представляет своеобразный интерес услышать щелкающие звуки двигателя в гармонии с пальцем, который выглядит точно так же, как настоящий». Выглядеть «настоящим», как человек, является одним из главных приоритетов для роботов-гуманоидов, которым часто поручают взаимодействовать с людьми в сфере здравоохранения и услуг.
Человекоподобный внешний вид робота может повысить эффективность общения и вызвать симпатию. Но текущие варианты силиконовой кожи, сделанной для роботов, хотя и способны отчасти имитировать внешний вид человека, не справляются, когда речь идет о деликатных текстурах, таких как морщины, и не имеют других специфических для кожи функций.
Трехмерные модели искусственной кожи некоторое время назад уже использовались для косметических и лекарственных исследований и испытаний, но на работающем роботе такие материалы применены впервые. В данном случае, чтобы создать синтетическую кожу, команда японских исследователей сначала погрузила роботизированную основу пальца в цилиндр, наполненный раствором коллагена и дермальных фибробластов человека – двух основных компонентов, из которых состоят соединительные ткани кожи.
Подобно грунтовке под краску, этот слой обеспечивал однородную основу для следующего слоя клеток – эпидермальных кератиноцитов человека, а также обеспечивал их эффективное прилипание. Эти клетки составляют 90% внешнего слоя кожи, придавая роботизированному пальцу текстуру, похожую на кожу, и влагоудерживающие барьерные свойства.
Созданная командой Такеучи кожа обладала достаточной прочностью и эластичностью, чтобы выдерживать динамические движения, когда палец робота сгибался и растягивался. Самый внешний слой был достаточно толстым, чтобы его можно было поднять пинцетом и отталкивать воду, что дает различные преимущества при выполнении многих задач, таких как работа с электростатически заряженным крошечным пенополистиролом – материалом, часто используемым в упаковке.
При получении отдельных ран созданная кожа способна самовосстанавливаться, примерно как у людей, с помощью коллагеновой повязки, которая постепенно трансформируется в кожу и выдерживает повторяющиеся движения суставов. Впрочем, эта искусственная кожа пока что намного слабее, чем естественная, и не может долго существовать без постоянного снабжения питательными веществами и удаления отходов.
«Наше творение не только мягкое и эластичное, как настоящая кожа, но и может восстанавливаться, если его порезать или каким-либо образом повредить. Поэтому мы полагаем, что это может быть полезно в отраслях, где важны хорошая ремонтопригодность, а также свойственные пока что лишь человеку такие качества, как ловкость и легкость прикосновения», – отметил Такеучи.
По его словам, команда исследователей намерена в будущем разработать более продвинутые версии, внедрить в кожу более сложные функциональные структуры, такие как сенсорные нейроны, волосяные фолликулы, ногти и потовые железы. Кроме того, предполагается попробовать покрыть искусственной кожей более крупные конструкции.
Основной долгосрочной целью этого исследования является открытие новых возможностей в передовых производственных отраслях. Наличие человекоподобных манипуляторов может позволить автоматизировать операции, которые в настоящее время достижимы только трудом квалифицированных профессионалов. Другие области, такие как косметика, фармацевтика и регенеративная медицина, также могут с пользой применить это достижение, потенциально снизив стоимость, время и сложность исследований в этих областях.