Японские инженеры разработали метод бесшовного покрытия роботизированного пальца клетками человеческой кожи. Такая кожа выдерживает движения пальца и способна восстанавливаться при повреждении, если нанести на ее поверхность коллаген. Статья с описанием эксперимента опубликована в Matter.
Человекоподобные роботы, вид которых схож с человеческим телом, используются как для изучения функционирования различных систем, так и для медицинских целей, например, в протезировании. Такие роботы копируют не только вид, но и функциональное строение человеческого тела, причем для этого используются различные материалы. Так, американские и японские инженеры ранее создали искусственный аналог пальца с помощью 3D-принтера, а инженеры Disney разработали частично мягкий робоманипулятор, способный контролировать силу давления пальцев. Недостаток материалов, которые традиционно используются для покрытия корпуса человекоподобных роботов, заключается в отсутствии некоторых функций человеческой кожи, например, ее восстановления. Таким образом, метод выращивания живой кожи для использования в робототехнике мог бы увеличить эффективность взаимодействия робота с окружающей средой и повысить комфортность человека при работе с такими роботами.
Группа инженеров во главе с Мичио Каваи (Michio Kawai) из Токийского университета разработала метод выращивания эквивалента человеческой кожи, который бы смог полностью покрыть трехкомпонентный роботизированный палец и выдержать его движения.
Изготовление кожи проходило в два этапа. Сначала инженеры залили раствор коллагена с фибробластами в цилиндрический кейс для формирования дермы. Фибробласты позволяют сформировать соединительную ткань и в дальнейшем участвуют в процессе заживления ран. Затем авторы погрузили роботизированный палец с креплениями по всей структуре, создающими дополнительное натяжение ткани, в контейнер для покрытия слоем дермы. Для создания наружного слоя кожи (эпидермиса) и его соединения с дермой авторы работы в несколько этапов засеивали поверхность пальца кератиноцитами — главными клетками эпидермиса.
Результаты экспериментов, в которых авторы сравнивали различные условия выращивания кожи, показали, что засеивание дермы клетками эпидермиса в двух направлениях и культивирование в течение 14 дней приводит в среднем к покрытию более 80% площади дермы. После экспериментов, проведенных на неподвижном макете пальца, выращенной кожей покрыли роботизированный палец. Толщина кожи составила 2,34 ± 0,28 миллиметра, она обладала водоотталкивающими свойствами, а также способностью к восстановлению с помощью нанесенного на повреждение слоя коллагена. Эластичность изготовленной кожи и ее прочность на растяжение в 5,6 килопаскаля позволили ей выдержать сгибание и разгибание роботизированного пальца.
Авторы возлагают большие надежды на использование разработанного ими метода покрытия роботов эквивалентом кожи, так как это позволит роботам улучшить эффективность взаимодействия с человеком и окружающей средой.
Ранее мы рассказывали о других работах, в которых ученые использовали живые клетки в робототехнике. Например, в 2018 году японцы вырастили два актуатора из клеток мышечной ткани крыс и научились активировать их электрическими импульсами.
Анастасия Ляшенко
Такой механизм может объяснять появление многоклеточности
Исследование финских ученых показало, что снижение экспрессии белка теплового шока 90 (Hsp90) через дестабилизацию циклинзависимой киназы Cdc28 приводит к задержке митоза и длительному поляризованному росту клеток. По мнению исследователей, такая модуляция фолдинга белков могла лежать в основе повышенной биофизической прочности при появлении многоклеточных организмов. Результаты исследования опубликованы в Science Advances.