研究人员已经找到了一种方法，将工程皮肤组织与复杂的人形机器人结合起来。这给机器人平台带来了潜在的好处，如提高机动性、自我修复能力、嵌入式传感能力和越来越逼真的外观。东京大学教授竹内正二(Shoji Takeuchi)领导的研究小组从人类皮肤韧带中获得灵感，在机器人脸上设计了特殊的穿孔，帮助一层皮肤附着在机器人脸上。他们的研究可能对化妆品行业有用，并有助于培训整形外科医生。

Takeuchi是生物混合机器人领域的先驱，这是生物学和机械工程相结合的领域。到目前为止，他的实验室，生物混合系统实验室，已经创造出了使用生物肌肉组织，3D打印实验室培育的肉，可以愈合的工程皮肤等行走的迷你机器人。正是在研究最后一个项目的过程中，Takeuchi觉得有必要进一步发展机器人皮肤的概念，以提高其性能和能力。

Takeuchi说:“在之前的研究中，我们在实验室培养了一个覆盖在工程皮肤组织上的手指形状的机器人，我觉得有必要在机器人特征和皮肤皮下结构之间更好地粘附。”“通过模仿人体皮肤韧带结构，并在固体材料中使用特制的v形穿孔，我们找到了一种将皮肤与复杂结构结合在一起的方法。皮肤的天然柔韧性和强附着力意味着皮肤可以随着机器人的机械部件移动而不会撕裂或剥落。”

以前将皮肤组织附着在固体表面的方法包括微型锚或钩子，但这些方法限制了皮肤涂层的表面种类，并可能在运动过程中造成损伤。通过精心设计小穿孔，基本上任何形状的表面都可以有皮肤。该团队采用的诀窍是使用一种特殊的胶原蛋白凝胶来粘附，这种凝胶具有天然的粘性，因此很难注入微小的穿孔中。但是使用一种叫做等离子体治疗的常见的塑料粘附技术，他们成功地将胶原蛋白诱导到穿孔的精细结构中，同时也使皮肤靠近问题的表面。

“在开发过程中操纵柔软、潮湿的生物组织比该领域以外的人想象的要困难得多。例如，如果不能保持无菌，细菌就会进入，组织就会死亡。”“然而，现在我们可以做到这一点，活体皮肤可以给机器人带来一系列新的能力。自我修复是一件大事——一些基于化学的材料可以自我修复，但它们需要热、压力或其他信号等触发因素，而且它们也不像细胞那样增殖。生物皮肤可以像我们的皮肤一样修复轻微的伤口，神经和其他皮肤器官可以被添加到传感等功能中。”

然而，这项研究不仅仅是为了证明一个观点。Takeuchi和他的实验室对这个应用程序有一个目标，可以帮助几个领域的医学研究。芯片上器官的想法并不新鲜，通常用于药物开发等领域，但像芯片上器官这样的东西可能在皮肤老化、化妆品、外科手术、整形手术等方面的研究中很有用。此外，如果可以嵌入传感器，机器人可能会被赋予更好的环境意识和改进的互动能力。

Takeuchi说:“在这项研究中，我们通过创造一张与人类相同的表面材料和结构的脸，在一定程度上成功地复制了人类的外表。”“此外，通过这项研究，我们确定了新的挑战，例如表面皱纹和更厚的表皮的必要性，以实现更像人类的外观。我们相信，通过结合汗腺、皮脂腺、毛孔、血管、脂肪和神经，可以创造出更厚、更真实的皮肤。当然，运动也是一个关键因素，而不仅仅是材料，所以另一个重要的挑战是通过在机器人内部集成复杂的致动器或肌肉来创造类似人类的表情。创造能够自我治愈、更准确地感知环境、像人类一样灵活地执行任务的机器人是令人难以置信的激励。”

作者：东京大学

链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2024/06/240625205041.htm

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