Роботы будущего могут быть покрыты кожей, способной к самовосстановлению, аналогично тому, как заживает кожа человека, — благодаря новому подходу с использованием культивированных клеток кожи.
Кожа будет выглядеть более естественно благодаря новому способу её крепления к скелету робота, а также способности самостоятельно заживлять порезы и царапины, сообщили исследователи. Их результаты были опубликованы 25 июня в журнале Cell Reports Physical Science.
Искусственная кожа давно рассматривается как способ сделать роботов более похожими на людей, при этом культивированная кожа выглядит более естественно, чем синтетические материалы, такие как латекс. Однако без правильного способа крепления искусственная кожа на каркасе робота может провисать, создавая визуально неприятный эффект.
Ранее исследователи в области робототехники пытались решить проблему провисания искусственной кожи на металлическом каркасе, закрепляя её с помощью «якорей» — крючковидных или грибовидных структур. Да, это действительно предотвращает смещение кожи на каркасе робота, но при таком решении под кожей в виде бугорков могут выступать адгезивные структуры, ухудшая её человекоподобный вид.
В новом исследовании учёные впервые разработали метод, согласно которому скелет робота содержит крошечные отверстия, в которые из искусственно выращенной кожи можно вставлять V-образные крючки, известные как «якоря перфорационного типа». Они удерживают искусственную кожу на роботе, сохраняя при этом гладкую и гибкую поверхность.
Создание более естественной роботизированной кожи
Искусственная кожа накладывается на робота, обработанного водяным паром в плазменном состоянии для придания гидрофильных свойств — другими словами, для обеспечения притяжения жидкости к поверхности. Это позволяет гелю культивированной кожи проникать глубже в отверстия и плотнее прилегать к поверхности робота.
Одним из главных преимуществ этой новой кожи является то, что она позволит роботам работать рядом с людьми, не испытывая чрезмерного износа. Небольшие разрывы или другие повреждения могут быть исправлены без необходимости ручного ремонта роботов, отметила команда. Однако они пока ещё не измеряли, насколько быстро искусственная кожа заживает после повреждений.
В одном из демонстрационных экспериментов учёные воспроизвели изменения кожи при улыбке человека. Для этого искусственная кожа была соединена с лицом робота с помощью скользящего слоя силикона под ней. Это создало эффект «надувающихся щёк», когда мышцы напрягаются и кожа поднимается в уголках рта. Благодаря перфорационным якорям кожа могла безупречно подходить под трёхмерную форму лица, без выступающих болтов или крючков.
Исследователи также сравнили искусственную кожу, нанесённую на поверхность с перфорационными якорями и без них. На поверхностях без якорей кожа сократилась на целых 84,5% в течение семи дней по сравнению с 33,6% на поверхности с якорями размером 0,04 дюйма (1 миллиметр). Стоит отметить, что сокращение кожи на роботе способно отделять кожу от внутреннего каркаса робота, портя его реалистичный вид и потенциально повреждая слой кожи. Кожа на поверхностях с более крупными якорями размером 0,1 дюйма (3 мм) и 0,2 дюйма (5 мм) продержалась ещё дольше — 26,4% и 32,2% соответственно.
Путь к созданию человекоподобных андроидов
Сёдзи Такеучи (Shoji Takeuchi), исследователь из Института промышленной науки (IIS) при Токийском университете, сообщил Live Science, что потребуется несколько дополнительных шагов, прежде чем роботы смогут носить кожу, созданную с использованием методов его команды.
«Во-первых, нам нужно улучшить прочность и долговечность культивированной кожи при её применении на роботах, особенно решив проблемы, связанные с обеспечением питательными веществами и влагой, — сказал он. — Это может включать разработку интегрированных кровеносных сосудов или других систем перфузии внутри кожи.»
«Во-вторых, важно улучшить механическую прочность кожи, чтобы она соответствовала натуральной человеческой коже. Это включает оптимизацию структуры и концентрации коллагена в культивированной коже.»
Такеучи также отметил, что для того, чтобы искусственная кожа была по-настоящему функциональной, она должна будет передавать сенсорную информацию, такую как температура и прикосновение, любому роботу, который её носит, а также быть устойчивой к биологическому загрязнению.
Учёные отметили, что исследования в этой области могут углубить наше понимание того, как лицевые мышцы передают эмоции, что, в свою очередь, может привести к прорывам в хирургии для лечения таких состояний, как паралич лица, или расширить возможности косметической и ортопедической хирургии. Лучшее понимание адгезии кожи также может предотвратить необходимость использования V-образных отверстий в будущих роботизированных каркасах.
