Mit lebender Haut bedeckter Roboterfinger in einem mit Nährstoffen gefüllten Kulturmedium. (Shoji Takeuchi) Aus Talos , der riesige Bronzeautomat, der die Prinzessin bewachte Europa In den antiken griechischen Mythen, den Zylonen und Terminatoren hat uns die Idee künstlicher Menschen seit Jahrhunderten sowohl fasziniert als auch unheimlich gemacht.
Mit der Entwicklung einer lebenden Roboterhaut sind wir nun einem Roboter näher als je zuvor, der einem Menschen bemerkenswert ähnlich sieht. Diese eklig aussehende Substanz ist wasserabweisend, selbstheilend und hat eine Textur wie unsere eigene Haut.
Denn es besteht tatsächlich aus menschlichen Hautzellen.
„Ich denke, lebende Haut ist die ultimative Lösung, um Robotern das Aussehen und die Haptik von Lebewesen zu verleihen, da es sich um genau das gleiche Material handelt, das Tierkörper bedeckt.“ sagte Shoji Takeuchi, Gewebeingenieur an der Universität Tokio.
Den Forschern ist es gelungen, einen dreigelenkigen, funktionierenden Roboterfinger mit einem Prototyp dieser im Labor gezüchteten Haut zu beschichten.
„Der Finger sieht direkt aus dem Kulturmedium leicht ‚verschwitzt‘ aus.“ sagt Takeuchi. „Da der Finger von einem Elektromotor angetrieben wird, ist es auch interessant, die Klickgeräusche des Motors im Einklang mit einem Finger zu hören, der genauso aussieht wie ein echter.“
Frühere Versuche, Haut auf Roboteroberflächen zu transplantieren, erwiesen sich als schwierig. Deshalb wählten der Gewebeingenieur Michio Kawai und seine Kollegen von der Universität Tokio einen Ansatz, der es der Haut ermöglicht, sich an das Gerät anzupassen.
„Es ist schwierig, die Endpunkte von Hautäquivalenten zu schneiden, zu kleben oder zu nähen, ohne das weiche, empfindliche Gewebe zu beschädigen“, erklären Kawai und sein Team in ihrem Papier .
Stattdessen tauchten sie die Roboterstruktur in eine Lösung aus Kollagen und dermaler Fibroblast – Zellen, die die Proteine produzieren, die die Strukturmatrix unserer Haut bilden. Dies sind die Hauptbestandteile des Bindegewebes der Haut.
Anschließend überzogen sie diese Grundierungsschicht mit Epidermiszellen ( Keratinozyten ), der Hauptbestandteil unserer äußersten Hautschicht. Ohne diese zusätzliche Schicht wäre das Material nicht wasserabweisend, wie es bei Tieren der Fall ist.
Im folgenden Filmmaterial klebt das elektrostatisch geladene Polystyrolkügelchen ohne Epidermis am Finger, was die Manipulation mit dem Finger erschwert.
Obwohl das klebrige Material das wiederholte Strecken und Zusammenziehen der Bewegungen des Roboterfingers bewältigen kann, ist es immer noch viel schwächer als menschliche Haut. Das Team schlägt vor, dass eine höhere Kollagenkonzentration in der Ausgangslösung sowie eine weitere Reifung der Zellen dies verbessern könnten.
Bemerkenswert ist, dass die künstliche Haut auch mit einem Kollagenverband geheilt werden kann, den die lebenden Zellen aufnehmen und in ihr System integrieren, um den Schaden aufzufüllen.
Obwohl die Ergebnisse erstaunlich sind, ist das im Labor gezüchtete Gewebe immer noch sehr begrenzt. Ohne ihre Nährlösung kann sie nicht lange überleben – genau wie unsere Haut benötigt sie eine konstante Wasserversorgung, um ein Austrocknen zu verhindern, aber den künstlichen Hautschichten fehlen die komplizierten Komponenten des Kreislauf- und Schweißdrüsensystems, um eine solche Hydratation zu gewährleisten.
„Der Aufbau von Perfusionskanälen innerhalb und unter der Dermis, die Blutgefäßen zur Wasserversorgung ähneln, sowie die Integration von Schweißdrüsen in das Hautäquivalent sind wichtige Richtungen für die zukünftige Forschung“, so Kawai und Kollegen schreiben .
Sie schlagen außerdem vor, „Nerven“ und Sensoren hinzuzufügen, damit im Labor hergestellte Haut genau wie unsere ein Multitalent sein kann – sie dient sowohl als Schutz als auch als Sinnesorgan.
„Wir sind überrascht, wie gut sich das Hautgewebe an die Oberfläche des Roboters anpasst“, sagt Takeuchi. „Aber diese Arbeit ist nur der erste Schritt zur Schaffung von Robotern, die mit lebender Haut bedeckt sind.“
Die Forscher hoffen, dass wir Roboter dadurch menschlicher erscheinen lassen, dass wir uns besser mit ihnen identifizieren und sie mögen, sodass sie besser mit uns kommunizieren und in der Medizin-, Pflege- und Dienstleistungsbranche tätig sein können. (Das gilt natürlich nur, wenn wir künstliche Humanoide über das hinaus entwickeln können unheimliches Tal .)
„Diese Ergebnisse zeigen das Potenzial eines Paradigmenwechsels von der traditionellen Robotik hin zum neuen Schema der biohybriden Robotik, die die Vorteile sowohl lebender als auch künstlicher Materialien nutzt“, schließen die Forscher.
Ihre Forschung wurde veröffentlicht in Gegenstand .