Dagli eroi d'azione agli assassini malvagi, i robot bioibridi fatti di materiali viventi e artificiali sono stati al centro di molte fantasie fantascientifiche, ispirando le innovazioni robotiche di oggi. C'è ancora molta strada da fare prima che i robot umani camminino tra di noi nella nostra vita quotidiana, ma gli scienziati giapponesi ci stanno avvicinando di un passo creando la pelle umana vivente sui robot. Il metodo sviluppato, presentato il 9 giugno sulla rivista Matter, non solo ha dato una texture robotica simile alla pelle del dito, ma anche funzioni idrorepellenti e di auto-guarigione.
"Il dito sembra leggermente 'sudato' direttamente dal mezzo di cultura", dice il primo autore Shoji Takeuchi, Professore dell'Università di Tokyo, Giappone. "Dal momento che il dito è azionato da un motore elettrico, è anche interessante sentire i suoni di clic del motore in armonia con un dito che sembra proprio come uno vero".
Obiettivo: sembrare vera
Sembrare "reali" come un essere umano è una delle priorità principali per i robot umanoidi che hanno spesso il compito di interagire con gli esseri umani nel settore sanitario e dei servizi. Un aspetto simile a quello umano può migliorare l'efficienza della comunicazione ed evocare la simpatia. Mentre l'attuale pelle in silicone fatta per i robot può imitare l'aspetto umano, non è però all'altezza quando si tratta di trame delicate come, ad esempio, le rughe, e manca di funzioni specifiche per la pelle.
Anche i tentativi di fabbricare fogli di pelle viva per coprire i robot hanno avuto un successo limitato, poiché è difficile conformarli a oggetti dinamici con superfici irregolari. "Per questo metodo, devi avere le mani di un abile artigiano che può tagliare e personalizzare i fogli di pelle", dice Takeuchi. "Per coprire efficacemente le superfici con le cellule della pelle, abbiamo stabilito un metodo di stampaggio del tessuto per modellare direttamente il tessuto della pelle intorno al robot, che ha portato a una copertura senza soluzione di continuità della pelle su un dito robotico".
Ispirati dall'anatomia umana
Per creare la pelle, il team ha prima immerso il dito robotico in un cilindro riempito con una soluzione di collagene e fibroblasti dermici umani, i due componenti principali che compongono i tessuti connettivi della pelle. Takeuchi dice che il successo dello studio si trova all'interno della naturale tendenza al restringimento di questa miscela di collagene e fibroblasti, che si è ridotta e strettamente conforme al dito. Come i primer di vernice, questo strato ha fornito una base uniforme per il successivo strato di cellule - cheratinociti epidermici umani - a cui attenersi. Queste cellule costituiscono il 90% dello strato più esterno della pelle, conferendo al robot una consistenza simile alla pelle e proprietà di barriera che mantengono l'umidità.
La pelle artigianale aveva abbastanza forza ed elasticità per sopportare i movimenti dinamici come il dito robotico arricciato e allungato. Lo strato più esterno era abbastanza spesso da essere sollevato con pinzette e acqua repellente, il che fornisce vari vantaggi nello svolgimento di compiti specifici, come la manipolazione di piccolo polistirolo espanso caricato elettrostaticamente, un materiale spesso utilizzato negli imballaggi. Quando ferito, la pelle artigianale potrebbe anche auto-guarire come gli esseri umani' con l'aiuto di una benda di collagene, che gradualmente trasformato nella pelle e resistito ripetuti movimenti articolari.
Un primo passo verso il futuro
"Siamo sorpresi da quanto bene il tessuto della pelle si conforma alla superficie del robot", dice Takeuchi. "Ma questo lavoro è solo il primo passo verso la creazione di robot coperti di pelle viva". La pelle sviluppata è molto più debole della pelle naturale e non può sopravvivere a lungo senza costante apporto di nutrienti e rimozione dei rifiuti. Successivamente, Takeuchi e il suo team intendono affrontare questi problemi e incorporare strutture funzionali più sofisticate all'interno della pelle, come neuroni sensoriali, follicoli piliferi, unghie e ghiandole sudoripare.
"Penso che la pelle viva sia la soluzione definitiva per dare ai robot l'aspetto e il tocco di creature viventi poiché è esattamente lo stesso materiale che copre i corpi animali", dice Takeuchi.
Questo lavoro è stato supportato da finanziamenti da JSPS Grants-in-Aid for Scientific Research (KAKENHI) e JSPS Grant-in-Aid for Early-Career Scientists (KAKENHI).
