Από ήρωες δράσης έως κακούς δολοφόνους, τα βιοϋβριδικά ρομπότ φτιαγμένα τόσο από ζωντανά όσο και από τεχνητά υλικά έχουν βρεθεί στο επίκεντρο πολλών φαντασιώσεων επιστημονικής φαντασίας, εμπνέοντας τις σημερινές ρομποτικές καινοτομίες. Είναι ακόμη πολύς δρόμος μέχρι να περπατήσουν ανάμεσά μας στην καθημερινή μας ζωή ρομπότ τύπου ανθρώπου, αλλά επιστήμονες από την Ιαπωνία μας φέρνουν ένα βήμα πιο κοντά δημιουργώντας ζωντανό ανθρώπινο δέρμα σε ρομπότ. Η μέθοδος που αναπτύχθηκε, που παρουσιάστηκε στις 9 Ιουνίου στο περιοδικό Matter , όχι μόνο έδωσε μια ρομποτική υφή σαν το δέρμα του δακτύλου, αλλά και υδατοαπωθητικές και αυτοθεραπευτικές λειτουργίες.
«Το δάχτυλο φαίνεται ελαφρώς «ιδρωμένο» κατευθείαν από το μέσο καλλιέργειας», λέει ο πρώτος συγγραφέας Shoji Takeuchi, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο, Ιαπωνία. “Δεδομένου ότι το δάχτυλο κινείται από έναν ηλεκτρικό κινητήρα , είναι επίσης ενδιαφέρον να ακούτε τους ήχους κρότου του κινητήρα σε αρμονία με ένα δάχτυλο που μοιάζει ακριβώς με πραγματικό.”
Το να δείχνεις «πραγματικό» σαν άνθρωπος είναι μια από τις κορυφαίες προτεραιότητες για τα ανθρωποειδή ρομπότ που έχουν συχνά την αποστολή να αλληλεπιδρούν με ανθρώπους στις βιομηχανίες υγειονομικής περίθαλψης και υπηρεσιών. Μια ανθρώπινη εμφάνιση μπορεί να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα της επικοινωνίας και να προκαλέσει συμπάθεια. Ενώ το σημερινό δέρμα σιλικόνης που είναι κατασκευασμένο για ρομπότ μπορεί να μιμείται την ανθρώπινη εμφάνιση, υπολείπεται όταν πρόκειται για λεπτές υφές όπως οι ρυτίδες και στερείται ειδικών λειτουργιών για το δέρμα. Οι προσπάθειες κατασκευής φύλλων ζωντανού δέρματος για την κάλυψη ρομπότ είχαν επίσης περιορισμένη επιτυχία, καθώς είναι δύσκολο να τα προσαρμόσουμε σε δυναμικά αντικείμενα με ανώμαλες επιφάνειες.
«Με αυτή τη μέθοδο, πρέπει να έχεις τα χέρια ενός ειδικευμένου τεχνίτη που μπορεί να κόψει και να προσαρμόσει τα φύλλα του δέρματος», λέει ο Takeuchi. «Για να καλύψουμε αποτελεσματικά τις επιφάνειες με κύτταρα δέρματος , δημιουργήσαμε μια μέθοδο χύτευσης ιστού για να καλουπώνουμε απευθείας τον ιστό του δέρματος γύρω από το ρομπότ , η οποία είχε ως αποτέλεσμα μια απρόσκοπτη κάλυψη του δέρματος σε ένα ρομποτικό δάχτυλο».
Για να φτιάξει το δέρμα, η ομάδα βύθισε πρώτα το ρομποτικό δάκτυλο σε έναν κύλινδρο γεμάτο με διάλυμα κολλαγόνου και ανθρώπινων δερματικών ινοβλαστών, τα δύο κύρια συστατικά που αποτελούν τους συνδετικούς ιστούς του δέρματος. Ο Takeuchi λέει ότι η επιτυχία της μελέτης έγκειται στη φυσική τάση συρρίκνωσης αυτού του μείγματος κολλαγόνου και ινοβλαστών, το οποίο συρρικνώθηκε και προσαρμόστηκε σφιχτά στο δάχτυλο. Όπως τα αστάρια βαφής, αυτό το στρώμα παρείχε μια ομοιόμορφη βάση για να κολλήσει το επόμενο στρώμα κυττάρων – τα ανθρώπινα επιδερμικά κερατινοκύτταρα. Αυτά τα κύτταρα αποτελούν το 90% του εξωτερικού στρώματος του δέρματος, δίνοντας στο ρομπότ μια υφή που μοιάζει με δέρμα και ιδιότητες φραγμού που συγκρατεί την υγρασία.
Το κατασκευασμένο δέρμα είχε αρκετή δύναμη και ελαστικότητα για να αντέχει τις δυναμικές κινήσεις καθώς το ρομποτικό δάχτυλο κουλουριάστηκε και τεντωνόταν. Το εξωτερικό στρώμα ήταν αρκετά παχύ ώστε να σηκώνεται με τσιμπιδάκια και απωθούμενο νερό, το οποίο παρέχει διάφορα πλεονεκτήματα στην εκτέλεση συγκεκριμένων εργασιών όπως ο χειρισμός ηλεκτροστατικά φορτισμένου μικροσκοπικού αφρού πολυστυρενίου, ένα υλικό που χρησιμοποιείται συχνά στη συσκευασία. Όταν τραυματιζόταν, το φτιαγμένο δέρμα μπορούσε ακόμη και να αυτοθεραπευτεί όπως των ανθρώπων με τη βοήθεια ενός επιδέσμου κολλαγόνου, ο οποίος σταδιακά μεταμορφωνόταν στο δέρμα και άντεχε στις επαναλαμβανόμενες κινήσεις των αρθρώσεων.
-
Το κύριο πλεονέκτημα της άμεσης ανάπτυξης δέρματος στο δάχτυλο είναι ότι θα είναι πάντα τέλεια εφαρμογή, ώστε να επιτρέπει στη συσκευή να λυγίζει εύκολα. Εάν το δέρμα κόπηκε από ένα επίπεδο φύλλο και κολλούσε στο δάχτυλο, τα ατελή σχήματα και οι ραφές θα παρεμπόδιζαν την κίνηση. Πίστωση: ©2022 Takeuchi et al. -
Απεικόνιση που δείχνει τη διαδικασία κοπής και επούλωσης του ρομποτικού δακτύλου (Α), τη δομή αγκύρωσης (Β) και τη διαδικασία κατασκευής (C). Πίστωση: ©2022 Takeuchi et al. -
Φωτογραφίες που δείχνουν τα στάδια της επισκευής μετά την κοπή του δακτύλου δοκιμής και την επικάλυψη με ένα μικρό τμήμα κολλαγόνου. Αυτό γίνεται σε υγρό μέσο. ©2022 Takeuchi et al. Πίστωση: ©2022 Takeuchi et al. -
Το κύριο πλεονέκτημα της άμεσης ανάπτυξης δέρματος στο δάχτυλο είναι ότι θα είναι πάντα τέλεια εφαρμογή, ώστε να επιτρέπει στη συσκευή να λυγίζει εύκολα. Εάν το δέρμα κόπηκε από ένα επίπεδο φύλλο και κολλούσε στο δάχτυλο, τα ατελή σχήματα και οι ραφές θα παρεμπόδιζαν την κίνηση. Πίστωση: ©2022 Takeuchi et al. -
Απεικόνιση που δείχνει τη διαδικασία κοπής και επούλωσης του ρομποτικού δακτύλου (Α), τη δομή αγκύρωσης (Β) και τη διαδικασία κατασκευής (C). Πίστωση: ©2022 Takeuchi et al.
«Είμαστε έκπληκτοι από το πόσο καλά ο ιστός του δέρματος συμμορφώνεται με την επιφάνεια του ρομπότ», λέει ο Takeuchi. «Αλλά αυτή η δουλειά είναι μόνο το πρώτο βήμα προς τη δημιουργία ρομπότ καλυμμένων με ζωντανό δέρμα». Το ανεπτυγμένο δέρμα είναι πολύ πιο αδύναμο από το φυσικό δέρμα και δεν μπορεί να επιβιώσει για πολύ χωρίς τη συνεχή παροχή θρεπτικών συστατικών και την απομάκρυνση των αποβλήτων. Στη συνέχεια, ο Takeuchi και η ομάδα του σχεδιάζουν να αντιμετωπίσουν αυτά τα ζητήματα και να ενσωματώσουν πιο εξελιγμένες λειτουργικές δομές μέσα στο δέρμα, όπως αισθητηριακούς νευρώνες , θύλακες τρίχας, νύχια και ιδρωτοποιούς αδένες.
«Νομίζω ότι το ζωντανό δέρμα είναι η απόλυτη λύση για να δώσει στα ρομπότ την όψη και την αφή των ζωντανών πλασμάτων, καθώς είναι ακριβώς το ίδιο υλικό που καλύπτει τα σώματα των ζώων», λέει ο Takeuchi.
