دانشمندان کشف کرده اند که چگونه می توان پوست بیولوژیکی را روی صورت ربات خندان اعمال کرد

این مزخرفات چیه؟! دانشمندان دانشگاه توکیو راهی برای اعمال پوست طراحی شده از سلول های بیولوژیکی بر روی صورت ربات و چسباندن آن به سطح در حالی که “لبخند می زند” ابداع کرده اند. همانطور که پیشرفت های مشابه قبلا نشان داده است، این می تواند یک پیشرفت برای تحقیقات پزشکی و زیبایی باشد. علاوه بر این، روبات‌های خندان با ظاهری واقع‌بینانه می‌توانند روزی در محیط کار و موقعیت‌های اجتماعی قابل قبول‌تر شوند.

محققان دانشگاه توکیو راهی برای اتصال بافت مهندسی شده پوست ساخته شده از سلول های بیولوژیکی به روبات های انسان نما کشف کرده اند تا آنها را واقعی تر نشان دهد. این تیم به سرپرستی پروفسور شوجی تاکوچی از رباط های پوست انسان الهام گرفتند و از سوراخ های خاصی در صورت ربات برای کمک به نگه داشتن لایه ای از پوست استفاده کردند.

این تیم لایه‌های زنده پوست را به مدل سه‌بعدی صورت یک انسان و یک «صورت» دو بعدی کوچک مجهز به محرک‌های رباتیک متصل کردند. نه تنها پوست چسبیده، بلکه در برابر دستکاری با استفاده از موتورها نیز مقاومت می کند، که یک صورتک بدوی را تشکیل می دهند.

با تقلید از ساختارهای رباط پوست انسان و استفاده از سوراخ های V شکل مخصوص ساخته شده در مواد جامد، راهی برای چسباندن پوست به ساختارهای پیچیده پیدا کردیم تاکوچی گفت: اجزای مکانیکی ربات بدون اینکه پاره شوند.

لنگرها یا قلاب‌های کوچک قبلاً برای چسباندن بافت پوست به سطوح سخت استفاده می‌شدند، اما این روش‌ها انواع سطوحی را که می‌توانستند لایه‌های پوست را دریافت کنند و در حین حرکت باعث آسیب شوند، محدود می‌کردند. با مهندسی سوراخ های کوچک به جای آن، پوست را می توان روی هر شکلی از سطح اعمال کرد. پیشرفت این تیم ساخت ژل کلاژن مخصوص برای چسبندگی بود، اما از آنجایی که به طور طبیعی چسبنده است، وارد کردن آن به سوراخ‌های کوچک دشوار است. این تیم به روش متداول پیوند پلاستیکی به نام پلاسماتراپی روی آوردند، جایی که آنها توانستند کلاژن را به ریزساختار سوراخ ها متصل کنند و در عین حال پوست را نزدیک به سطح نگه داشتند.

تاکئوچی گفت: «به‌عنوان مثال، اگر عقیمی حفظ نشود، باکتری‌ها وارد می‌شوند و بافت‌ها می‌میرند.» با این حال، اکنون که می توانیم این کار را انجام دهیم، پوست زنده می تواند طیف وسیعی از قابلیت های جدید را برای روبات ها به ارمغان بیاورد.

یکی از این توانایی ها خوددرمانی است که تاکوچی می گوید مهم است. برخی از مواد شیمیایی را می توان برای درمان خود ساخت، اما به محرک هایی مانند گرما، فشار یا سیگنال های دیگر نیاز دارند و مانند سلول ها تولید مثل نمی کنند. او گفت: “پوست بیولوژیکی مانند پوست ما پارگی های جزئی را ترمیم می کند و اعصاب و سایر اندام های پوستی را می توان برای استفاده در حس و غیره اضافه کرد.”

هیچ کس را نمی توان فریب داد و باور کرد که روباتی که با این بافت پوست مهندسی شده پوشانده شده است، یک انسان واقعی است، اگرچه تاکوچی در حال حاضر برای رسیدن به این هدف کار می کند – یا حداقل آن را تقریب می کند. تیم او چالش‌های جدیدی را از این تحقیقات اولیه شناسایی کرد، از جمله نیاز به چین و چروک‌های سطحی و پوست ضخیم‌تر برای دستیابی به ظاهری شبیه انسان. او گفت: “ما معتقدیم که ایجاد پوست ضخیم تر و واقعی تر را می توان با ترکیب غدد عرق، غدد چربی، منافذ، عروق خونی، چربی و اعصاب به دست آورد.” همچنین، اگر بتوان حسگرها را ادغام کرد، ربات‌ها ممکن است آگاهی محیطی بهتری داشته باشند و قابلیت‌های تعامل بهتری داشته باشند.

این تیم خاطرنشان کرد که قبل از استفاده تجاری از آن، سال ها آزمایش طول خواهد کشید.

این تحقیق احتمالاً ابتدا در صنعت آرایشی و بهداشتی و برای کمک به آموزش جراحان پلاستیک مورد استفاده قرار خواهد گرفت. ایده عضو روی یک تراشه جدید نیست و برای توسعه دارو مفید بوده است، اما چیزی شبیه به صورت روی یک تراشه می تواند در تحقیقات پیری پوست، لوازم آرایشی و روش های جراحی استفاده شود. به عنوان مثال، آنها می توانند بستر واقعی تری را برای آزمایش محصولات جدید مراقبت از پوست فراهم کنند و نیاز به آزمایش روی حیوانات را از بین ببرند یا کاهش دهند. همچنین ممکن است روزی توانایی رشد و چسباندن پوست زنده برای درمان سوختگی های شدید یا ایجاد پیوندهای پوستی موثرتر به کار رود.

پیشرفت های مشابه همچنین نشان می دهد که پوست مهندسی شده روی روبات ها چقدر می تواند برای تحقیقات پزشکی مفید باشد. بر اساس مقاله ای که در سال 2019 منتشر شد، در تحقیقاتی که توسط بنیاد ملی علوم و انستیتوی ملی سلامت تأمین می شود، دانشمندان ربات های نرم ابتکاری مجهز به پوست الکترونیکی و ماهیچه های مصنوعی ساختند که به آنها اجازه می دهد محیط اطراف خود را حس کنند و حرکات خود را در زمان واقعی تطبیق دهند. ارتباطات طبیعت

لین ژانگ، نویسنده اول مقاله و عضو فوق دکتری در دپارتمان علوم فیزیکی کاربردی، گفت: «این ربات‌های نرم می‌توانند انواع مختلفی از حرکات به خوبی کنترل شده، از جمله خم شدن، گسترش و چرخش را در محیط‌های بیولوژیکی انجام دهند. این می تواند شکل خود را به تناسب اندام ها برای حس و درمان بهتر تغییر دهد و قادر است به طور مداوم شرایط داخلی مانند حجم مثانه و فشار خون را کنترل کند. آنها همچنین می توانند درمان هایی مانند تحریک الکتریکی را بر اساس داده های زمان واقعی ارائه دهند و می توانند برای نظارت و درمان شرایط معده بلعیده شوند.

در آینده، ربات‌های واقع‌گرایانه‌تر که می‌توانند حالات چهره مانند لبخند را نشان دهند، می‌توانند برای ادغام بهتر آنها در موقعیت‌های اجتماعی و کاری استفاده شوند.

Takeuchi پیشگام در زمینه رباتیک بیوهیبرید است. آزمایشگاه او با استفاده از بافت ماهیچه ای بیولوژیکی، گوشت رشد یافته در آزمایشگاه چاپ سه بعدی و پوست مهندسی شده ربات های پیاده روی کوچکی ساخته است که می توانند التیام پیدا کنند.

مطالعه تاکوچی در مجله Cell Reports Physical Science منتشر شده است.