Tkanka tchnie życie w roboty

fot. pixabay

Naukowcy znaleźli sposób na powiązanie zmodyfikowanej tkanki skórnej ze złożonymi formami humanoidalnych robotów. Niesie to ze sobą potencjalne korzyści dla platform robotycznych, takie jak zwiększona mobilność, zdolność samoleczenia, wbudowane funkcje detekcji i coraz bardziej realistyczny wygląd.

Czerpiąc inspirację z więzadeł ludzkiej skóry, zespół kierowany przez profesora Shoji Takeuchi z Uniwersytetu Tokijskiego wykonał specjalne perforacje na twarzy robota, które pomogły utrzymać warstwę skóry. Ich badania mogą być przydatne w przemyśle kosmetycznym i pomóc w szkoleniu chirurgów plastycznych. Praca została opublikowana w czasopiśmie Cell Reports Physical Science.

Takeuchi jest pionierem w dziedzinie robotyki biohybrydowej leżącej na styku biologii i inżynierii mechanicznej. Jak dotąd jego laboratorium Biohybrid Systems Laboratory stworzyło miniroboty, które chodzą, wykorzystując biologiczną tkankę mięśniową, mięso wydrukowane w 3D, sztuczną skórę, która może się sama leczyć i nie tylko. To właśnie podczas badań nad ostatnim z tych wynalazków Takeuchi poczuł potrzebę dalszego rozwoju koncepcji robotycznej skóry, aby ulepszyć jej właściwości i możliwości.

- Podczas poprzednich badań nad robotem w kształcie palca pokrytym sztuczną tkanką skórną, którą wyhodowaliśmy w naszym laboratorium, poczułem potrzebę zapewnienia lepszego przylegania elementów robota do wewnętrznej struktury skóry - powiedział Takeuchi - Naśladując budowę tej ludzkiej tkanki i więzadeł oraz stosując specjalnie wykonane perforacje w kształcie litery V w twardych materiałach, znaleźliśmy sposób na połączenie skóry z ich złożonymi strukturami. Naturalna elastyczność skóry i wykorzystanie adhezji pozwalają poruszać się elementom mechanicznym robota bez rozdzierania i odklejania się tkanki.

Poprzednie metody mocowania tkanki skórnej do stałych powierzchni obejmowały elementy, takie jak miniaturowe kotwy lub haki, ale ograniczały one liczbę rodzajów powierzchni, na które można było nakładać powłokę i powodowały jej uszkodzenia podczas ruchu.

Inżynierowie zastosowali teraz specjalny żel kolagenowy zapewaniający przyczepność, który jest z natury lepki i nie przedostaje się przez miniaturowe perforacje. Jednak stosując powszechną technikę adhezji plastycznej zwaną obróbką plazmową, udało im się wciągnąć kolagen w drobne struktury, jednocześnie utrzymując skórę blisko powierzchni.

- Manipulowanie miękkimi, wilgotnymi tkankami biologicznymi podczas procesu ich opracowywania jest znacznie trudniejsze, niż mogłoby się wydawać osobom spoza dziedziny. Na przykład, jeśli nie zostanie zachowana sterylność, do ośrodka mogą przedostać się bakterie, a tkanka obumrze - powiedział Takeuchi - Jednak teraz, gdy już nam się udało, żywa skóra może zapewnić robotom szereg nowych zdolności.

Takeuchi i jego laboratorium obrali również za cel aplikację technologii, która może pomóc w kilku obszarach badań medycznych poprzez tworzenie organu na płytce (OOC). Umieszczenie na chipie tkanki skóry twarzy mogłoby być przydatne w badaniach nad starzeniem się skóry, kosmetologią, zabiegami chirurgicznymi, chirurgią plastyczną i nie tylko. Ponadto, jeśli uda się osadzić w niej czujniki, roboty będą mogły zyskać większą świadomość środowiskową i ulepszone możliwości interaktywne.

- W ramach badania udało nam się w pewnym stopniu odtworzyć ludzki wygląd, tworząc twarz o tym samym materiale i o takiej strukturze powierzchni jak ludzka - powiedział Takeuchi - Dodatkowo dzięki badaniom zidentyfikowaliśmy nowe wyzwania, takie jak konieczność tworzenia zmarszczek powierzchniowych i grubszego naskórka, aby uzyskać bardziej ludzki wygląd. Wierzymy, że stworzenie grubszej i bardziej realistycznej skóry można osiągnąć poprzez domieszkowanie gruczołów potowych i łojowych, porów, naczyń krwionośnych, tłuszczu oraz nerwów. Oczywiście kluczowy czynnik stanowi także ruch, stąd kolejnym ważnym wyzwaniem jest stworzenie ludzkiej ekspresji poprzez zintegrowanie z robotem wyrafinowanych siłowników w postaci mięśni. Tworzenie robotów, które potrafią się same leczyć, dokładniej wyczuwać otoczenie i realizować zadania z ludzką precyzją są niezwykle motywujące.

(rr)