科学者がロボット用の「生きた」スキンを開発、それはかなりのものだ : ScienceAlert

May 07, 2023

古代ギリシャ神話でエウロパ王女を守った巨大な青銅の自動人形タロスから、サイロンやターミネーターに至るまで、人造人間という概念は何世紀にもわたって私たちを魅了し、不気味にさせてきました。

現在、生きたロボット スキンの開発により、ロボットを驚くほど人間に近づけることにこれまで以上に近づいています。 この不快な見た目の物質は撥水性があり、自己修復性があり、私たち人間の肌と同じような質感を持っています。

それは実際には人間の皮膚細胞から作られているからです。

「生きた皮膚は、動物の体を覆う素材とまったく同じものであるため、ロボットに生き物の外観と触感を与える究極の解決策だと思います」と東京大学組織工学者の竹内祥二氏は語った。

研究者らは、この実験室で製造した皮膚のプロトタイプで、3 関節の機能するロボットの指をコーティングすることに成功した。

「培地から出たばかりの指は、わずかに『汗をかいている』ように見えます」と竹内氏は言う。 「電動モーターで指を動かすので、本物そっくりの指とモーターのカチカチ音を合わせて聞くのも面白いです。」

ロボットの表面に皮膚を移植するこれまでの試みは困難であることが判明したため、東京大学組織工学者の河合道雄氏らは、皮膚自体をデバイス上に形成できるアプローチを採用した。

「柔らかくて脆弱な組織を損傷することなく、皮膚同等物の端点を切断、接着、または縫合することは困難です」と川井氏とチームは論文で説明している。

代わりに、彼らはロボット構造をコラーゲンと真皮線維芽細胞（皮膚の構造マトリックスを形成するタンパク質を生成する細胞）の溶液に浸しました。 これらは皮膚の結合組織の主要部分です。

次に、このプライマー層を、私たちの最も外側の皮膚層の主成分である表皮細胞（ケラチノサイト）でコーティングしました。 この追加の層がなければ、この材料は動物が持つのと同じ種類の撥水性を欠くことになります。

下の映像では、静電気を帯びたポリスチレン ビーズが表皮のない指に張り付くため、指での操作が困難になります。

ネバネバした素材はロボットの指の繰り返しの伸縮には対応できますが、それでも人間の皮膚よりはるかに弱いです。 研究チームは、初期溶液中のコラーゲン濃度を高め、細胞をさらに成熟させることでこれが改善される可能性があると示唆しています。

注目すべきことに、人工皮膚はコラーゲン包帯で治癒することもでき、生細胞がそれを取り込んでシステムに統合し、損傷を埋めるのに役立ちます。

結果は非常に驚くべきものですが、研究室で培養された組織は依然として非常に限られています。 栄養溶液の外では長く保つことができません。私たちの皮膚と同じように、乾燥を避けるために継続的な水分の供給が必要ですが、人工皮膚層には、そのような水分を供給するための循環系や汗腺系の複雑な構成要素がありません。

「水を供給するための模倣血管に相当する真皮内および真皮下に灌流チャネルを構築すること、および皮膚に相当する汗腺を統合することは、将来の研究の重要な方向性である」と川井らは書いている。

彼らはまた、「神経」とセンサーを追加して、研究室で作られた皮膚が私たちの皮膚と同じように多能性を発揮できるようにし、保護器と感覚器官の両方の役割を果たすことを提案しています。

「皮膚組織がロボットの表面にいかによく適合しているかに驚いています」と竹内氏は言う。 「しかし、この研究は、生きた皮膚で覆われたロボットを作成するための最初のステップにすぎません。」

研究者らは、ロボットをより人間らしく見せることで、私たちがロボットに親しみやすくなり、ロボットがもっと好きになり、医療、介護、サービス産業でロボットが私たちとよりよくコミュニケーションできるようになると期待している。 (もちろん、不気味の谷を超えて人工ヒューマノイドを進歩させることができればの話ですが。)

「これらの発見は、従来のロボット工学から、生体材料と人工材料の両方の利点を活用するバイオハイブリッドロボット工学の新しいスキームへのパラダイムシフトの可能性を示している」と研究者らは結論付けている。

彼らの研究は Matter に掲載されました。