机器人面向未来

竹内是生物混合机器人领域的先驱，该领域融合了生物学和机械工程。到目前为止，他的实验室——生物混合系统实验室已经制造出使用生物肌肉组织行走的微型机器人、3D打印实验室培育的肉、可愈合的人造皮肤等。正是在研究最后一项时，竹内觉得有必要进一步发展机器人皮肤的概念，以改善其性能和能力。

Takeuchi表示：“在之前研究一种覆盖着我们实验室的人造皮肤组织的手指形机器人时，我感到需要让机器人特征与皮肤的皮下结构更好地粘合在一起。通过模仿人类皮肤韧带结构，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粘合到复杂结构上的方法。皮肤的自然柔韧性和牢固的粘合方法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到固体表面的方法包括使用微型锚或钩子等，但这些方法限制了可以接受皮肤涂层的表面类型，并且可能在运动过程中造成损伤。通过精心设计小孔，基本上任何形状的表面都可以贴上皮肤。该团队采用的技巧是使用一种特殊的胶原凝胶进行粘合，这种凝胶天然粘稠，很难进入微小的穿孔中。但使用一种常见的塑料粘合技术，即等离子处理，他们成功地将胶原蛋白引入穿孔的精细结构中，同时将皮肤保持在相关表面附近。

“在开发过程中操纵柔软、湿润的生物组织比该领域外的人想象的要困难得多。例如，如果不保持无菌状态，细菌就会进入组织，组织就会坏死，”Takeuchi说。“但是，既然我们可以做到这一点，活体皮肤可以为机器人带来一系列新功能。自我修复是一件大事——一些化学材料可以自我修复，但它们需要热量、压力或其他信号等触发因素，而且它们也不会像细胞那样增殖。生物皮肤可以像我们的皮肤一样修复轻微的裂伤，并且可以添加神经和其他皮肤器官用于感知等。”

不过，这项研究并非只是为了证明一个观点。竹内和他的实验室为这项应用设定了一个目标，它可以帮助医学研究的多个领域。器官的想法并不新鲜，在药物开发等领域也有用处，但面部之类的东西可能对皮肤老化、化妆品、外科手术、整形手术等研究有用。此外，如果可以嵌入传感器，机器人可能会具有更好的环境意识和更好的交互能力。

Takeuchi表示：“在这项研究中，我们通过创建与人类具有相同表面材料和结构的面部，在一定程度上复制了人类的外观。此外，通过这项研究，我们发现了新的挑战，例如，为了获得更像人类的外观，需要表面皱纹和更厚的表皮。我们相信，通过结合汗腺、皮脂腺、毛孔、血管、脂肪和神经，可以创造出更厚更逼真的皮肤。当然，运动也是一个关键因素，而不仅仅是材料，因此另一个重要挑战是通过在机器人内部集成复杂的执行器或肌肉来创造像人类一样的表情。创造能够自我修复、更准确地感知环境并以像人类一样的灵巧性执行任务的机器人令人难以置信地兴奋。”

资料来源：东京大学

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