Кожа для робота

Нам еще далеко до жизни бок о бок с человекоподобными роботами, но ученые из Токийского университета приблизили их создание еще на один шаг, разработав метод покрытия роботов живой человеческой кожей. Роботизированный палец, облаченный в бесшовный аналог кожи, на ощупь похож на настоящий и может восстанавливаться при травмах.

Роботов, созданных по подобию человеческой внешности или других характеристик, называют гуманоидами. Именно им пророчат успех в социальном взаимодействии с людьми, так как человекоподобный внешний вид повышает эффективность общения и вызывает симпатию. Обычно таких роботов покрывают силиконовой кожей, но она не способна точно воспроизводить текстуры настоящей кожи, например, морщины, не имеет специфических для кожи функций и отличается от нее тактильно.

Авторы новой работы покрыли искусственной кожей трехсуставный роботизированный аналог указательного пальца человека. Выращивание ткани состояло из двух этапов: сначала необходимо было создать эквивалент дермы, образующий глубокие слои кожи, а затем — эпидермис, покрывающий дерму. Для этого ученые погружали роботизированный палец в биореактор, содержащий коллаген и дермальные фибробласты человека (из этих двух компонентов в основном и состоит дермальный слой кожи). Они соорудили специальный кейс, повторяющий форму пальца, чтобы суспензия клеток равномерно окружала покрываемый кожей предмет со всех сторон. Успех исследования заключался в естественной способности фибробластов плотно прилегать к предмету в подходящих для этого условиях. Следующим шагом было закрепление на поверхности дермы кератиноцитов человека, формирующих эпидермис. Эти клетки как раз и придают роботизированному пальцу привычную текстуру кожи, а также удерживают влагу и выполняют барьерную функцию. Ученые протестировали различные протоколы выращивания эпидермального слоя и поняли, что удается покрыть клетками более 80% поверхности пальца при постепенной подаче клеток с двух сторон в течение 14 дней.

Далее они провели гистологический анализ, который показал, что выращенная кожа не содержит швов или разрывов. В испытаниях, котороый представляли собой сгибания и разгибания пальца, кожа показала себя достаточно прочной и эластичной, чтобы выдерживать движения. «Палец выглядит слегка потным из-за культуральной среды, — говорит первый автор статьи Сёдзи Такеути, профессор Токийского университета. — Поскольку он приводится в движение электромотором, интересно было заметить, что щелкающие звуки мотора гармонируют с движениями суставов пальца, который выглядит совсем как настоящий».

Повреждения на искусственной кожи восстановились после аппликации коллагенового гидрогеля, который обычно применяют для лечения людей. Через 14 дней «заплатка» вросла в кожу. Ранее поврежденный участок выдерживал напряжение от движений роботизированного пальца.

Авторы отмечают, что несмотря на успешность нового метода, остается простор для улучшений. Так, предел прочности выращенной в реакторе кожи намного ниже, чем у естественной кожи. Кроме того, искусственная кожа не может долго существовать вне среды и требует постоянного снабжения питательными веществами. В будущем команда планирует решить эти проблемы и внедрить в кожу более сложные функциональные структуры, такие как чувствительные нейроны, волосяные фолликулы, ногти и потовые железы. «Я думаю, что выращенная кожа — это идеальное решение для придания роботам внешнего вида человека, поскольку это точно такой же материал, как тот, что покрывает тела животных», — говорит Сёдзи Такеути.

Видеозапись сгибания роботизированного пальца, покрытого кожей, доступна по ссылке