科学家为机器人制作活的人类皮肤

从动作英雄到邪恶的刺客，由活体和人造材料制成的生物混合机器人一直是许多科幻幻想的中心，激发了当今的机器人创新。距离类人机器人走进我们的日常生活还有很长的路要走，但来自日本的科学家通过在机器人上制作活的人类皮肤，让我们更近了一步。开发的方法于 6 月 9 日发表在Matter杂志上，不仅赋予了机器人手指皮肤般的纹理，而且还具有防水和自愈功能。

“直接从培养基中取出的手指看起来有点‘出汗’，”第一作者、日本东京大学教授 Shoji Takeuchi 说。“由于手指是由电动马达驱动的，因此听到马达发出的咔哒声与看起来就像真实手指的手指和谐一致也很有趣。”

看起来像人类一样“真实”是人形机器人的首要任务之一，这些机器人通常负责在医疗保健和服务行业与人类互动。类似人类的外观可以提高沟通效率并唤起人们的喜爱。虽然目前为机器人制造的硅胶皮肤可以模仿人类的外表，但它在皱纹等细腻纹理方面存在不足，并且缺乏皮肤特有的功能。制造活体皮肤片以覆盖机器人的尝试也取得了有限的成功，因为要使它们适应具有不平坦表面的动态物体具有挑战性。

“使用这种方法，您必须拥有能够切割和剪裁皮肤片材的熟练工匠的双手，”Takeuchi 说。“为了有效地用皮肤细胞覆盖表面，我们建立了一种组织成型方法，直接在机器人周围塑造皮肤组织，从而在机器人手指上实现无缝皮肤覆盖。”

为了制作皮肤，该团队首先将机器人手指浸入一个装有胶原蛋白和人类真皮成纤维细胞溶液的圆柱体中，这两种主要成分构成皮肤的结缔组织。Takeuchi 说，这项研究的成功在于这种胶原蛋白和成纤维细胞混合物的自然收缩趋势，这种混合物收缩并紧密贴合手指。就像油漆底漆一样，这一层为下一层细胞——人类表皮角质形成细胞——提供了一个统一的基础。这些细胞占皮肤最外层的 90%，赋予机器人皮肤般的质地和保湿屏障特性。

制作的皮肤有足够的强度和弹性来承受机器人手指弯曲和伸展时的动态运动。最外层足够厚，可以用镊子和排斥水提起，这为执行特定任务提供了各种优势，例如处理带静电的微小聚苯乙烯泡沫，这是一种常用于包装的材料。受伤时，人造皮肤甚至可以在胶原绷带的帮助下像人类一样自我修复，胶原绷带逐渐变形为皮肤并经受住反复的关节运动。

“我们对皮肤组织与机器人表面的贴合程度感到惊讶，”Takeuchi 说。“但这项工作只是创造覆盖有活体皮肤的机器人的第一步。” 发达的皮肤比自然皮肤脆弱得多，如果没有持续的营养供应和废物清除，就无法长期生存。接下来，Takeuchi 和他的团队计划解决这些问题，并在皮肤内整合更复杂的功能结构，例如感觉神经元、毛囊、指甲和汗腺。

“我认为活体皮肤是赋予机器人生物外观和触感的终极解决方案，因为它与覆盖动物身体的材料完全相同，”Takeuchi 说。