机械人手指装上“活的”类人皮肤

2022-07-05 1623 杨祖红 澳门日报

 科学家一直致力于为机械人手设计出最接近人类的皮肤。近日,日本东京大学的新研究取得了重大突破。他们在机械人身上製作出了“活的”类人皮肤,这种机械手指接近于人类皮肤的质感,还能自动弯曲和拉直,同时具有防水和自癒功能。

 该研究论文第一作者、日本东京大学教授竹内昌次说,直接从培养液中取出来的手指看起来像在微微“冒汗”,由于手指是由电机驱动的,因此看起来像真手指一样,机械手指还会发出哢哒声。让机械人看起来像人类一样,是类人机械人的首要任务之一。为了有效地用皮肤细胞覆盖机械人表面,研究人员建立了一种组织模塑方法,直接模塑机械人周围的皮肤组织,从而在其手指上无缝覆盖皮肤。

 他们首先将这种机械手指浸入一个装有胶原蛋白和人真皮成纤维细胞溶液的圆柱模具中,这两种物质是构成皮肤结缔组织的主要成分。竹内昌次说,由于胶原蛋白和成纤维细胞混合物具有自然收缩趋势,使其紧密结合在手指上,这一层为下一层的人类表皮角质形成细胞提供了统一的基础。这些细胞佔皮肤最外层的百分之九十,使机械手指的皮肤具有人类皮肤的质地和保湿屏障特性。当机械手指弯曲或伸展时,皮肤有足够的力量和弹性来承受动态运动。最外层足够厚,可用镊子提起,并且防水,这为其执行特定任务,如处理带电的微小泡沫塑料提供了多种优势。当受伤时,该皮肤甚至可在胶原蛋白绷带的帮助下像人类一样自我癒合,胶原蛋白绷带逐渐变成皮肤并可经受住反复的关节运动。

 竹内昌次认为,活体皮肤是赋予机械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。在开发技术时,看起来尽可能“人性化”是重中之重,因为许多机械人旨在与医疗保健和服务行业的人们互动,如果它们看起来栩栩如生,他们会感到更自在。

 据研究人员称,它可以改善人与机械人之间的交流,甚至唤起人们的喜爱。

 目前的人造皮肤是由硅胶製成的,它可以模仿人类的外表,但在複製皱纹等精緻纹理方面却不尽如人意。硅胶也无法发挥出汗或自我修复等皮肤特有的功能,也不能轻易贴合表面不平整的动态物体。

 研究人员表示,这一成果只是创造活体皮肤机械人的第一步。通常人造皮肤比自然皮肤弱得多,如果没有持续的营养供应和废物清除机制,就无法长期维持。接下来,研究团队计划解决这些问题并在皮肤中融入更複杂的功能结构,如感觉神经元、毛囊、指甲和汗腺。

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