Новые технологические достижения обещают создать роботов с реалистичной, самовосстанавливающейся искусственной кожей, имитирующей человеческую. Такая кожа, выращенная из клеток кожи, может произвести революцию во взаимодействии человека и робота, обеспечив более человеческий внешний вид и большую долговечность.
Новый подход с использованием клеток кожи
Синтетические материалы, такие как латекс, использовались для создания искусственной кожи, покрывающей роботов, придавая им более человеческий вид. Однако эти материалы имеют существенные ограничения, когда речь идет о реалистичности. Например, латекс может в некоторой степени воспроизводить цвет и текстуру человеческой кожи, но ему не хватает эластичности и динамичности, присущих настоящей коже. Он также не обладает регенеративными и репаративными свойствами, присущими человеческой коже, что ограничивает его долговечность и функциональность в практических приложениях, где роботы подвергаются частому физическому взаимодействию.
Новый подход, разработанный исследователями, использует клетки кожи для создания более реалистичной искусственной кожи. Эти клетки выращиваются в лаборатории и образуют кожную ткань с теми же характеристиками, что и человеческая кожа, включая способность к регенерации в случае небольших повреждений. Этот метод позволяет воспроизвести не только внешний вид, но и механические свойства человеческой кожи, такие как эластичность, мягкая текстура и способность реагировать на раздражители.
Благодаря использованию клеток человеческой кожи, искусственная кожа может также включать в себя расширенные биологические функции, такие как потоотделение и чувствительность к прикосновениям, которые невозможно воспроизвести с помощью традиционных синтетических материалов. Благодаря этому роботы, оснащенные такой кожей, будут выглядеть и вести себя более естественно, что необходимо для более плавного взаимодействия с людьми.
Преодоление трудностей
Одной из главных проблем было эффективное крепление кожи к роботизированному скелету без ущерба для его внешнего вида. Предыдущие методы предполагали использование крючкообразных креплений, но они могли искажать поверхность кожи, делая ее менее реалистичной.
Исследователи решили эту проблему, разработав «перфорационные якоря». Эта техника предполагает создание крошечных отверстий в скелете робота, позволяющих культивированной коже надежно держаться за V-образные крючки. Этот процесс удерживает кожу на месте без видимых внешних структур, обеспечивая гладкую и гибкую поверхность.
Для улучшения адгезии скелет робота обрабатывают гидрофильной плазмой на основе водяного пара. Это позволяет кожному гелю проникать глубоко в отверстия и обеспечивать прочное сцепление. Преимущество этого метода также заключается в том, что кожа может самостоятельно восстанавливаться в случае небольших разрывов или царапин, что повышает долговечность роботов в интерактивных средах.
Достижения и будущие последствия
Новая искусственная кожа может произвести революцию в робототехнике, сделав роботов более пригодными для длительного общения с людьми. В ходе испытаний она продемонстрировала способность имитировать движения человеческого лица, такие как улыбка, с помощью скользящего слоя силикона под кожей. Перфорационные якоря также позволили коже идеально вписаться в 3D-форму без видимых изъянов, улучшив внешний вид и функциональность роботизированного лица.
Испытания также продемонстрировали превосходство этого метода с точки зрения усадки кожи. На поверхностях без анкеров кожа сократилась на 84,5 % за семь дней по сравнению с 33,6 % при использовании анкеров диаметром 1 мм. Более крупные анкеры еще больше сократили усадку, улучшив долговечность и функциональность кожи.
Будущие цели включают в себя улучшение прочности и долговечности искусственной кожи, в частности, за счет включения систем перфузии для обеспечения питательными веществами и поддержания влажности. Также важно оптимизировать механическую прочность кожи, изменив структуру и концентрацию коллагена так, чтобы она соответствовала человеческой.
В конечном итоге кожа должна быть способна передавать роботу сенсорную информацию, такую как прикосновение и температура, и при этом быть устойчивой к биологическому загрязнению. Эти достижения могут не только улучшить внешний вид роботов, но и углубить наше понимание лицевых мышц и выражения эмоций, проложив путь к инновациям в косметической и ортопедической хирургии.
