Japanische Experten haben einen Durchbruch erzielt, indem sie lebende künstliche Haut mittels kleiner, präzise entworfener Perforationen an den festen Strukturen von Robotern befestigten.
Ein Team von Ingenieuren, angeführt von Professor Shoji Takeuchi von der Universität Tokio, gelang es, lebendes Hautgewebe an den festen Strukturen humanoider Roboter zu fixieren, was ihnen verbesserte Beweglichkeit, eingebaute Selbstheilungskräfte und Sensorik sowie ein immer lebensechteres Aussehen verleiht.
In Anlehnung an die Bänder menschlicher Haut entwickelte das Team spezielle Perforationen auf der festen Vorderseite eines Roboters, um eine im Labor gezüchtete Hautschicht dauerhaft damit zu verbinden. Diese Forschung könnte in der Kosmetikbranche von Nutzen sein und bei der Schulung von plastischen Chirurgen unterstützen.
“Bei früheren Forschungen an einem fingerförmigen Roboter, der mit im Labor gezüchtetem künstlichen Hautgewebe bedeckt war, spürte ich die Notwendigkeit, die Adhäsion zwischen den Roboterelementen und der subkutanen Hautstruktur zu verbessern”, erklärte Takeuchi.
“Indem wir die Strukturen menschlicher Haut und Bänder nachahmen und V-förmige Perforationen aus festen Materialien verwenden, haben wir eine Methode entwickelt, um die Haut an komplexen Strukturen anzubringen. Die inhärente Flexibilität der Haut kombiniert mit dieser robusten Befestigungsmethode ermöglicht es, dass sich die Haut mit den mechanischen Teilen des Roboters mitbewegt, ohne zu reißen oder sich zu lösen”, erläutert der Professor.
Vorteile und Hindernisse des neuen Ansatzes
Frühere Methoden zur Befestigung von Hautgewebe an festen Oberflächen umfassten Mini-Anker oder Haken, die jedoch die Art der Oberflächen, die Hautbeschichtungen tragen konnten, einschränkten und während der Bewegung Schäden verursachen konnten. Spezialisten erklären nun, dass durch das sorgfältige Design kleiner Perforationen Haut auf nahezu jede Oberfläche aufgetragen werden kann.
Der Einsatz eines speziellen, von Natur aus viskosen Kollagengels für die Adhäsion, das sich nur schwer in winzige Perforationen einbringen lässt, war der Schlüssel zum Erfolg des neuen Verfahrens. Das Team nutzte eine verbreitete Technik der plastischen Adhäsion, die Plasmabehandlung, um das Kollagen in die feinen Strukturen der Perforationen zu ziehen und so die Herausforderung zu meistern. Dieses Verfahren ermöglichte es auch, die Haut eng an der Zieloberfläche zu fixieren.
“Die Handhabung von weichem, nassem biologischem Gewebe während des Entwicklungsprozesses ist viel komplizierter, als manche vielleicht annehmen. Wenn beispielsweise die Sterilität nicht gewährleistet ist, können Bakterien eindringen und das Gewebe absterben lassen”, unterstreicht Takeuchi. “Mit der Fähigkeit, dies zu tun, kann lebende Haut Robotern eine Reihe neuer Fähigkeiten verleihen”, ergänzt er.
Erfolge und Herausforderungen
“In dieser Studie ist es uns gelungen, das menschliche Aussehen bis zu einem gewissen Grad zu imitieren und ein Gesicht zu erschaffen, das das gleiche Oberflächenmaterial und die gleiche Struktur wie ein Mensch aufweist”, erklärte Takeuchi. In einem Artikel, der am Dienstag in der Zeitschrift Cell Reports Physical Science veröffentlicht wurde, berichteten die Autoren, dass sie ein Robotergesicht entwickelt haben, das mit einem hautähnlichen Material überzogen ist und ein Lächeln simulieren kann.
Takeuchi führte weiter aus, dass durch diese Forschung neue Herausforderungen identifiziert wurden, wie etwa die Notwendigkeit von oberflächlichen Falten und einer dickeren Epidermis, um ein menschenähnlicheres Aussehen zu erzielen. “Wir sind der Meinung, dass eine dickere und realistischere Haut durch die Integration von Schweiß- und Talgdrüsen, Poren, Blutgefäßen, Fettgewebe und Nerven erreicht werden kann”, sagte er.
Er betonte auch, dass nicht nur das Material, sondern auch die Bewegung ein entscheidender Faktor sei. Daher bestehe eine weitere große Herausforderung darin, menschenähnliche Mimik zu erzeugen, indem Aktuatoren oder komplexe Muskelsysteme in den Roboter integriert werden. “Die Entwicklung von Robotern, die sich selbst reparieren, ihre Umgebung präziser wahrnehmen und Aufgaben mit menschlicher Fertigkeit bewältigen können, ist äußerst inspirierend”, so Takeuchi.
Bilder: Universität Tokio
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