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自我修复的“活皮肤”可以让机器人变得更像人类——它看起来就像你想象的那样令人毛骨悚然

  

  

  由于一种涉及培养皮肤细胞的新方法,未来的机器人可能会被包裹在能自我修复的逼真皮肤中,就像人类皮肤愈合的方式一样。

  研究人员说,由于采用了一种新的方式将皮肤附着在机器人的骨骼上,而且它可以自行修复任何割伤或擦伤,因此这种皮肤也会显得更加逼真。他们在6月25日的《细胞报告-物理科学》杂志上发表了他们的研究结果。

  长期以来,人造皮肤一直被吹捧为一种让机器人看起来更像人类的方法,而人造皮肤比乳胶等合成材料看起来更像人类。但如果没有合适的粘合方法,人造皮肤可能会从机器人的框架上脱落,造成视觉上的干扰。

  机器人研究人员此前曾试图解决人造皮肤从金属框架上下垂的问题,方法是用“锚”、钩状或蘑菇状结构将其固定。这可以防止皮肤在机器人的框架上移动,但粘合结构会在皮肤下突出来,形成肿块,从而影响机器人的人形外观。

  在这项新研究中,研究人员开创了一种方法,通过这种方法,机器人的骨架上含有微小的孔,人工生长的皮肤可以将v形的钩子伸进去,这种钩子被称为“穿孔型锚”。这使人造皮肤粘在机器人身上,同时保持表面光滑和灵活。

  人造皮肤被层层覆盖在机器人表面,机器人表面经过水蒸气等离子体处理,使其具有亲水性——换句话说,确保液体被吸引到表面。这意味着培养皮肤的凝胶被拉入更深的孔中,以更紧密地附着在机器人的表面。

  这种新皮肤的主要好处之一是,它将允许机器人与人类一起操作,而不会经历不必要的磨损。该团队表示,小的撕裂或类似的污损可以在不需要人工修理机器人的情况下修复。然而,他们没有测量人造皮肤在持续损伤后愈合的速度。

  在一次演示中,研究人员重现了人类微笑时皮肤变化的方式。这包括将人造皮肤与机器人面部连接起来,下面是一层滑动的硅胶。这会导致“面颊肿胀”,因为肌肉收紧,导致嘴角的皮肤向上推。有了穿孔锚,皮肤可以无缝地贴合面部的3D模型,没有突出的螺栓或挂钩。

  研究人员还比较了使用和不使用穿孔锚钉的人造皮肤的表面。在无锚点的表面上,皮肤在7天内收缩了84.5%,而在0.04英寸(1毫米)锚点的表面上,皮肤收缩了33.6%。机器人的皮肤收缩会使皮肤与机器人的内部框架分离,破坏其逼真的外观,并可能对皮肤层造成损害。在较大的0.1英寸(3毫米)和0.2英寸(5毫米)锚点表面上的皮肤持续时间更长,分别为26.4%和32.2%)。

  东京大学工业科学研究所(IIS)的研究人员竹内正二(Shoji Takeuchi)告诉Live Science,在机器人可能使用该团队的方法穿上皮肤之前,还需要采取几个步骤。

  他说:“首先,我们需要提高培养皮肤在应用于机器人时的耐久性和寿命,特别是通过解决与营养和水分供应有关的问题。”“这可能涉及在皮肤内开发集成血管或其他灌注系统。”

  “其次,提高皮肤的机械强度以匹配天然人类皮肤是至关重要的。这包括优化培养皮肤内的胶原蛋白结构和浓度。”

  Takeuchi还指出,要想真正发挥功能,人造皮肤最终必须向任何穿着它的机器人传达温度和触觉等感官信息,并能抵抗生物污染。

  科学家们说,对这一领域的研究可以进一步加深我们对面部肌肉如何传达情感的理解,进而推动面部麻痹等疾病的外科治疗取得突破,或者扩大化妆品和整形外科的能力。更好地掌握皮肤附着力也可以避免在未来的机器人框架中需要任何v形孔。

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