Японские инженеры разработали метод бесшовного покрытия роботизированного пальца клетками человеческой кожи. Такая кожа выдерживает движения пальца и способна восстанавливаться при повреждении, если нанести на ее поверхность коллаген.

Статья с описанием эксперимента опубликована в Matter.

Человекоподобные роботы, вид которых схож с человеческим телом, используются как для изучения функционирования различных систем, так и для медицинских целей, например, в протезировании. Такие роботы копируют не только вид, но и функциональное строение человеческого тела, причем для этого используются различные материалы. Так, американские и японские инженеры ранее создали искусственный аналог пальца с помощью 3D-принтера, а инженеры Disney разработали частично мягкий робоманипулятор, способный контролировать силу давления пальцев.

Недостаток материалов, которые традиционно используются для покрытия корпуса человекоподобных роботов, заключается в отсутствии некоторых функций человеческой кожи, например, ее восстановления. Таким образом, метод выращивания живой кожи для использования в робототехнике мог бы увеличить эффективность взаимодействия робота с окружающей средой и повысить комфортность человека при работе с такими роботами.

Группа инженеров во главе с Мичио Каваи (Michio Kawai) из Токийского университета разработала метод выращивания эквивалента человеческой кожи, который бы смог полностью покрыть трехкомпонентный роботизированный палец и выдержать его движения.

Изготовление кожи проходило в два этапа. Сначала инженеры залили раствор коллагена с фибробластами в цилиндрический кейс для формирования дермы. Фибробласты позволяют сформировать соединительную ткань и в дальнейшем участвуют в процессе заживления ран. Затем авторы погрузили роботизированный палец с креплениями по всей структуре, создающими дополнительное натяжение ткани, в контейнер для покрытия слоем дермы. Для создания наружного слоя кожи (эпидермиса) и его соединения с дермой авторы работы в несколько этапов засеивали поверхность пальца кератиноцитами — главными клетками эпидермиса.

Водоотталкивающие свойства кожного эквивалента / Kawai et al. / Matter, 2022

Результаты экспериментов, в которых авторы сравнивали различные условия выращивания кожи, показали, что засеивание дермы клетками эпидермиса в двух направлениях и культивирование в течение 14 дней приводит в среднем к покрытию более 80% площади дермы. После экспериментов, проведенных на неподвижном макете пальца, выращенной кожей покрыли роботизированный палец. Толщина кожи составила 2,34 ± 0,28 миллиметра, она обладала водоотталкивающими свойствами, а также способностью к восстановлению с помощью нанесенного на повреждение слоя коллагена. Эластичность изготовленной кожи и ее прочность на растяжение в 5,6 килопаскаля позволили ей выдержать сгибание и разгибание роботизированного пальца.

Процесс восстановления повреждения Kawai et al. / Matter, 2022

Авторы возлагают большие надежды на использование разработанного ими метода покрытия роботов эквивалентом кожи, так как это позволит роботам улучшить эффективность взаимодействия с человеком и окружающей средой.