人類活體皮膚的機器人手指 日本仿生研究再突破

 

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昨(9)日,日本東京大學竹內昌治(Shoji Takeuchi)教授的研究團隊,在材料學術期刊《Matter》上發表一種可將在機器手指上培養人類皮膚、無縫貼附的技術,且具有防水、自我修復等功能,在仿生機器人的開發上又邁出一大步。
 
科學家目前利用矽膠來模擬人類的皮膚,但矽膠材質缺少了人類皮膚皺褶、細紋的質地,也缺少許多人類皮膚獨有的功能;此外,將人造皮膚層貼附在機器人上,也會遇到動態物體表面不平整的挑戰,但以人工細膩切割剪裁皮膚並不容易。
 
為此,竹內團隊開發出一種組織成型(tissue molding)的方法,直接在機器手指週遭塑造出人類皮膚組織,使得機器手指能夠無縫地被皮膚覆蓋。
 
他們首先將機器手指浸潤在充斥著人類皮膚纖維母細胞及膠原蛋白的溶液中,這兩種成分是組成皮膚結締組織的主要成分。
 
竹內昌治表示,這兩種成分混和在一起會自然收縮、緊貼在機器手指上,就像是油漆的「底漆」一樣,打上一層均勻的基底,接著再將人類表皮角質細胞貼附上去,這種細胞組成了90%的外層皮膚,也讓機器手指獲得了近似皮膚的材質及保濕屏障。
 
研究團隊表示,他們製作出來的人工皮膚具有足夠的強度和彈性,能夠承受機器手指的彎曲和伸展動作。最外層有足夠的厚度,方便鑷子夾取、移動,也有防水的特性,這在執行很多特定的任務時能夠派上用場,例如處理帶有靜電的微小保麗龍。而且,受傷的時候,在膠原蛋白繃帶的輔助下也能自我痊癒。
 
竹內昌治表示,這項成果只是創造擁有活體皮膚的機器人的第一步,現在這種人工皮膚比起自然皮膚還是相當脆弱,且沒辦法在缺少養分供應和移除廢物的情形下維持太久。
 
接下來研究團隊計畫將更多更複雜的功能整合到這種皮膚之中,例如感覺神經、毛囊、指甲或是汗腺。
 
對模仿人類的仿生機器人來說,看起來像個真實的人類,可以提高溝通效率並喚起人們的共感。這類機器人通常負責在醫療照護或是服務業環境與人類互動。
 
參考資料:
https://www.sciencedaily.com/releases/2022/06/220609131938.htm
原始研究:
https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2590238522002399

(編譯 / 吳培安)

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