Creata pelle umana vivente per i robot con una consistenza simile alla pelle di un dito robotico, ma anche con funzioni idrorepellenti e autorigeneranti
Gli umanoidi sono robot creati con forme o caratteristiche umane; questi robot hanno anche il potenziale per interagire senza problemi con gli esseri umani. Replicando le apparenze e le funzioni (ad esempio, l'autoguarigione) degli esseri umani, gli umanoidi hanno il potenziale per stabilire interazioni uomo-robot più armoniche e naturali. Dagli eroi d'azione ai malvagi assassini, i robot bioibridi realizzati sia con materiali viventi che artificiali sono stati al centro di molte fantasie fantascientifiche, ispirando le innovazioni robotiche di oggi. Ci sarà da fare ancora molta strada prima che dei robot simili agli umani camminino tra di noi nella nostra vita quotidiana, ma gli scienziati giapponesi si stanno avvicinando di un passo creando la pelle umana vivente sui robot. Il metodo sviluppato, descritto sulla rivista Matter, (1) non solo ha dato una consistenza simile alla pelle di un dito robotico, ma ha anche funzioni idrorepellenti e autorigeneranti.
«Il dito sembra leggermente 'sudato' direttamente dal mezzo di coltura», afferma il primo autore Shoji Takeuchi, (2) professore all'Università di Tokyo, in Giappone. «Poiché il dito è azionato da un motore elettrico, è anche interessante ascoltare i clic del motore in armonia con un dito che sembra proprio quello vero».
Sembrare “reali” come un essere umano è una delle massime priorità per i robot umanoidi che hanno spesso il compito di interagire con gli esseri umani nel settore sanitario e dei servizi. Un aspetto simile a quello umano può migliorare l'efficienza della comunicazione ed evocare simpatia. Mentre l'attuale pelle in silicone realizzata per i robot può imitare l'aspetto umano, non è all'altezza quando si tratta di trame delicate come le rughe e manca di funzioni specifiche della pelle. Anche i tentativi di fabbricare fogli di pelle viva per coprire i robot hanno avuto un successo limitato, poiché è difficile conformarli a oggetti dinamici con superfici irregolari.
«Con quel metodo, devi avere le mani di un abile artigiano in grado di tagliare e personalizzare i fogli di pelle», afferma il dottor Takeuchi. «Per coprire in modo efficiente le superfici con le cellule della pelle, abbiamo stabilito un metodo di stampaggio dei tessuti per modellare direttamente il tessuto cutaneo attorno al robot, il che ha portato a una copertura cutanea perfetta su un dito robotico».
Per realizzare la pelle, il team ha prima immerso il dito robotico in un cilindro riempito con una soluzione di collagene e fibroblasti dermici umani, i due componenti principali che costituiscono i tessuti connettivi della pelle. il dottor Takeuchi afferma che il successo dello studio risiede nella naturale tendenza al restringimento di questa miscela di collagene e fibroblasti, che si è ridotta e si è conformata strettamente al dito. Come i primer per pittura, questo strato ha fornito una base uniforme per il successivo strato di cellule, i cheratinociti epidermici umani, a cui aderire. Queste cellule costituiscono il 90% dello strato più esterno della pelle, conferendo al robot una consistenza simile alla pelle e proprietà di barriera che trattengono l'umidità.
La pelle realizzata aveva abbastanza forza ed elasticità per sopportare i movimenti dinamici mentre il dito robotico si arricciava e si allungava. Lo strato più esterno era abbastanza spesso da poter essere sollevato con una pinzetta e respingere l'acqua, il che offre vari vantaggi nell'esecuzione di compiti specifici come la manipolazione di una minuscola schiuma di polistirene caricata elettrostaticamente, un materiale spesso utilizzato negli imballaggi. Una volta ferita, la pelle lavorata potrebbe persino guarire da sola come quella umana con l'aiuto di una benda di collagene, che gradualmente si trasforma nella pelle e ha resistito a ripetuti movimenti articolari.
«Siamo sorpresi di quanto bene il tessuto cutaneo si adatti alla superficie del robot», afferma Takeuchi. «Ma questo lavoro è solo il primo passo verso la creazione di robot ricoperti di pelle viva». La pelle sviluppata è molto più debole della pelle naturale e non può sopravvivere a lungo senza un costante apporto di nutrienti e la rimozione dei rifiuti. Successivamente, Takeuchi e il suo team hanno in programma di affrontare questi problemi e incorporare strutture funzionali più sofisticate all'interno della pelle, come neuroni sensoriali, follicoli piliferi, unghie e ghiandole sudoripare. Penso che la pelle viva sia la soluzione definitiva per dare ai robot l'aspetto e il tocco delle creature viventi poiché è esattamente lo stesso materiale che copre i corpi degli animali».
Questo lavoro è stato sostenuto da finanziamenti di JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research (KAKENHI) and JSPS Grant-in-Aid for Early-Career Scientists (KAKENHI).
Matter, pubblicato da Cell Press, è una nuova rivista multidisciplinare, ricerca sulle scienze dei materiali trasformativi. I documenti esplorano i progressi scientifici attraverso lo spettro dello sviluppo dei materiali, dai fondamenti all'applicazione, dal nano al macro. (3)
Riferimenti:
(2) Shoji Takeuchi
Descrizione foto: Nel mezzo di una coltura un dito robotico ricoperto di pelle umana vivente guarisce automaticamente dopo che i ricercatori hanno coperto la ferita con un foglio di collagene. - Credit: Shoji Takeuchi.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Scientists craft living human skin for robots