Die Science-Fiction ist der Realität gerade einen Schritt näher gekommen, da es Wissenschaftlern gelungen ist, eine lebendige „Schweißhaut“ für humanoide Roboter zu schaffen.
Das von Wissenschaftlern der Universität Tokio entwickelte Material hat nicht nur eine hautähnliche Textur, sondern kann auch Wasser abweisen und sich mit einem Kollagenpflaster selbst „heilen“.
Die Methode zu seiner Herstellung wurde heute in der Zeitschrift Matter veröffentlicht und beinhaltet das Eintauchen eines Roboterfingers in eine Lösung aus Kollagen und menschlichen dermalen Fibroblasten – den beiden Hauptkomponenten, aus denen das Bindegewebe der menschlichen Haut besteht.
Der Hauptautor Shoji Takeuchi sagte: „Der Finger sieht direkt aus dem Kulturmedium leicht „verschwitzt“ aus.
„Da der Finger von einem Elektromotor angetrieben wird, ist es auch interessant, die Klickgeräusche des Motors im Einklang mit einem echt aussehenden Finger zu hören.
“Ich denke, lebende Haut ist die ultimative Lösung, um Robotern das Aussehen und die Berührung von Lebewesen zu verleihen, da es genau das gleiche Material ist, das Tierkörper bedeckt.”
Wissenschaftlern ist es gelungen, eine lebendige, „schweißige“, wasserabweisende Haut für humanoide Roboter zu schaffen
Nachdem die Wunde ausreichend geheilt war, wurde die Fähigkeit der Haut, sich zu biegen und zu dehnen, erneut getestet
Färbung von Gefrierschnitten des künstlichen Hautgewebes. Zellkerne wurden violett gefärbt, und die extrazelluläre Matrix und das Zytoplasma wurden rosa gefärbt. Es zeigt, dass eine Epidermisschicht die Oberfläche des Dermisäquivalents nahtlos bedeckte und eine gleichförmige Schicht bildete
Bei der Entwicklung biohybrider Robotik hat es oberste Priorität, so „menschlich“ wie möglich auszusehen.
Denn viele Roboter sollen mit Menschen in der Gesundheits- und Dienstleistungsbranche interagieren, die sich wohler fühlen, wenn sie lebensecht wirken.
Laut den Forschern kann es die Kommunikation zwischen Mensch und Roboter verbessern und sogar Sympathie hervorrufen.
Aktuelle künstliche Haut wird aus Silikon hergestellt, das das menschliche Aussehen nachahmen kann, aber nicht in der Lage ist, empfindliche Texturen wie Falten nachzubilden.
Auch hautspezifische Funktionen wie Schwitzen oder Reparieren kann Silikon nicht übernehmen und lässt sich nicht ohne Weiteres an dynamische Gegenstände mit unebenen Oberflächen anpassen.
„Bei dieser Methode braucht man die Hände eines erfahrenen Handwerkers, der die Hautblätter schneiden und maßschneidern kann“, fügte Takeuchi hinzu.
“Um Oberflächen effizient mit Hautzellen zu bedecken, haben wir ein Gewebeformverfahren entwickelt, um Hautgewebe direkt um den Roboter herum zu formen, was zu einer nahtlosen Hautbedeckung auf einem Roboterfinger führte.”
Um die Haut herzustellen, Das Team tauchte zunächst einen Roboterfinger in eine Lösung aus Kollagen und menschlichen dermalen Fibroblasten.
Das Kollagen trägt zur Elastizität und Festigkeit der Haut bei, während die Fibroblastenzellen eine wesentliche Rolle bei der Haarentwicklung und Wundheilung spielen.
Die Mischung ermöglicht es der künstlichen Haut, sich auf natürliche Weise eng um die Hardware zu schrumpfen und eine gleichmäßige Grundlage für die nächste Schicht zu schaffen.
Die Abbildungen zeigen den Herstellungsprozess des Hautäquivalents, das zur Abdeckung des Roboterfingers verwendet wird
Takeuchi und sein Team beschichteten die Haut dann mit menschlichen epidermalen Keratinozyten, die 90 Prozent der äußersten Schicht der menschlichen Haut ausmachen.
Sie sorgen für eine hautähnliche Textur und feuchtigkeitserhaltende Barriereeigenschaften.
Die Wissenschaftler und Ingenieure stellten fest, dass die Haut genug Festigkeit und Elastizität hatte, um intakt zu bleiben, wenn der Roboterfinger gekräuselt, gebogen und gestreckt wurde.
Die äußerste Schicht war dick genug, um mit einer Pinzette angehoben zu werden, und alle Wunden würden sich selbst heilen, wenn sie mit einem Kollagenverband bedeckt würden.
Der Verband passte sich allmählich der Haut an und hielt wiederholten Gelenkbewegungen stand.
Die äußerste Hautschicht war dick genug, um mit einer Pinzette angehoben zu werden, und ist zudem wasserabweisend. Dies bedeutete, dass geladene Polystyrolperlen nicht durch Feuchtigkeit daran haften würden
Wissenschaftler testeten die Selbstheilungsfunktion der Haut, indem sie eine „Wunde“ in die Haut stanzten, nachdem sie auf einen Roboterfinger gelegt worden war, und sie dann mit einer Kollagenfolie überzogen (Bild).
Bilder, die die Migration von Hautfibroblastenzellen in eine transplantierte Kollagenfolie zeigen, die auf der künstlichen Haut platziert wird, um eine Wunde zu reparieren. (i) Drei Tage nach dem Aufbringen der Folie. (ii) Sieben Tage nach dem Aufbringen der Folie. Es ähnelte den Phänomenen, die an verletzten Stellen auf der menschlichen Haut beobachtet wurden
Die Fingerhaut weist auch Wasser ab, was bedeutet, dass statisch aufgeladene Polystyrol-Packungsperlen nicht durch Feuchtigkeit daran haften bleiben, wenn in einer Verpackungsumgebung gearbeitet wird.
Takeuchi sagte: „Wir sind überrascht, wie gut sich das Hautgewebe an die Oberfläche des Roboters anpasst.
“Aber diese Arbeit ist nur der erste Schritt zur Schaffung von Robotern, die mit lebender Haut bedeckt sind.”
Um die Festigkeit der künstlichen Haut zu erhöhen und längere Zeiträume ohne Nährstoffzufuhr und Abfallentsorgung überstehen zu können, ist noch weitere Entwicklung nötig.
Das Team wird auch versuchen, anspruchsvollere funktionelle Strukturen in die Haut einzubauen, wie sensorische Neuronen, Haarfollikel, Nägel und Schweißdrüsen.
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Die Forscher druckten ein Gitter aus 168 synaptischen Transistoren aus Zinkoxid-Nanodrähten direkt auf die Oberfläche einer flexiblen Kunststoffoberfläche.
Dann verbanden sie den synaptischen Transistor mit dem Hautsensor über der Handfläche einer menschenähnlichen Roboterhand
Der Sensor registriert bei Berührung eine Änderung seines elektrischen Widerstands, wobei eine leichte Berührung einer kleinen Änderung und eine härtere Berührung einer größeren Änderung entspricht
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