Jaapani insenerid: õppisime roboteile inimesesarnast nahka siirdama

Robotite kate liigub küll inimese nahale lähemale, kuid päris sõbralik ja sile see veel pole. Jaapani teadlased loodavad siiski jõuda sinnamaale, kus robotid näevad inimnäolised välja ning suudavad loomulikult naeratada, nagu parempoolsel pildil katsetatakse. Foto: Teadustöö / Tokyo Ülikool

Jaapani teadlased on välja töötanud uuendusliku tehnika, kuidas kinnitada inseneride loodud nahk-kudet humanoidrobotitele.

Robootikaplatvormid võivad sellest saada kasu parema liikuvuse, sisseehitatud sensoorvõimekuste, enesetervenemise võime ja realistlikuma välimusega, mis ei peaks inimesi nii palju hirmutama.

Uuendus sai võimalikuks nahakoe struktuuride jäljendamisega ning lisaks kasutati roboti näos V-kujulisi lõikeid, et saavutada parem elastsus ja liikuvus.

Tokyo Ülikooli professori Shoji Takeuchi juhitud uurimisrühma teatel võib nende teadustöö olla kasulik ka kosmeetikatööstuses ja aidata kaasa näiteks plastilise kirurgia koolituse edendamisele.

Roboti naha pealekandmise huvitav tehnika

Takeuchi juhitud biohübriidsete süsteemide laboratoorium on teinud põnevat tööd biohübriid-robootika valdkonnas, mis ühendab mehaanilise inseneriteaduse ja bioloogia. Varasemates uurimistöödes on labor loonud naha, mis suudab end ise parandada, 3D-printeril printinud laboris kasvatatud liha ja ehitanud miniatuurseid kõndivaid roboteid.

Teadlased tundsid aga edasist vajadust edendada just roboti naha kontseptsiooni, et parandada selle omadusi ja funktsionaalsust.

Varasema uurimistöö käigus laboris kasvatatud nahakoega kaetud roboti «sõrmed» vajasid paremat haardumist sisemise struktuuri ja nahaaluse kihi vahel, selgitas Takeuchi oma kommentaaris, miks nad sellega tõsisemalt tegelema hakkasid.

Lõpuks leidis meeskond viisi, kuidas siduda nahka keeruliste alumiste struktuuridega, jäljendades inimese nahakoe ühendusi ja kasutades spetsiaalselt valmistatud V-kujulisi perforeeringuid ehk sisselõikeid tahketesse materjalidesse.

«Naha loomulik paindlikkus ja tugev haakumine tähendab, et see saab liikuda koos roboti mehaaniliste komponentidega ilma rebenemise või koorumise ohuta,» ütles Takeuchi.

Täiustatud mulgustamismeetod tagab robotile naeratuse

Varasemad meetodid pakkusid miniankrute või konksude kasutamist naha kinnitamiseks tahketele aluspindadele, mis piirasid kasutamistd ning säilis ka rebenemise ja kahjustamise oht liikumise ajal. Selle asemel töötas meeskond välja väikeste perforeeringute süsteemi, mis paigutab naha peaaegu igasugusele pinnakujule.

Teadlased kasutasid kinnitamiseks spetsiaalset kollageenigeeli, mis oli oma loomuliku viskoossuse tõttu väljakutseks. Kuid nad ületasid selle puuduse plasmaga töötlemise abil, et meelitada kollageen peenikestesse perforeeringutesse ja kinnitada see tihedalt kohale.

Uus ankurdamismeetod võimaldab paindlikul nahal kohaneda mistahes kujuga, näiteks lamedate pindade ja ümarustega roboti näoga, mis naeratab ja naaseb seejärel oma algvormi.

«Pehmete ja märgade bioloogiliste kudede liigutamine on palju raskem, kui valdkonnavälised inimesed arvavad. Näiteks kui tahta steriilsust ei säilitata, võivad bakterid kudede sisse tungida ja see sureb,» ütles Takeuchi.

Iseparanev nahk on nüüd võimalik

Nüüd, kui see võimekus on olemas, annab «elava» naha lisamine robotitele palju uusi võimeid. Enese tervendamine muutub võimalikuks – see on märkimisväärne edasiminek keemiliste materjalide suhtes, mis vajavad väliseid käivitajaid nagu kuumus või surve ja millel puudub rakutaoline paljunemisvõime.

Teadlaste sõnul võib bioloogiline tehisnahk jäljendada meie endi oma, parandades väiksemaid lõikehaavu, sisaldades närve (andureid) ja teisi nahaorganeid.

Robotid saavad realistliku eneseväljenduse

Takeuchi ja tema labori uurimistöö ulatub kaugemale pelgast demonstratsioonist robotil. Nad püüavad oma avastusi rakendada ka erinevates meditsiiniuuringute valdkondades.

Kuigi organ-kiibil (organ-on-a-chip) kontseptsioonid on ravimite väljatöötamisel juba hästi juurdunud, avab nägu-kiibil (face-on-a-chip) lahendus uusi võimalusi naha vananemise, kosmeetika, kirurgiliste tehnikate ja plastilise kirurgia uurimiseks. Lisaks võiks andurite integreerimine oluliselt parandada robotite olukorrateadlikkust ja interaktiivseid võimeid.

Nii käib kunstliku nahaga naeratamine. Foto: Teadustöö / Tokyo Ülikool

Meeskond rõhutab, et uuring osaliselt jäljendas inimvälimust, arendades näo, millel on sarnane pinnamaterjal ja struktuur nagu inimesel. Samuti tuvastati uusi väljakutseid, sealhulgas vajadust pinna kortsude ja paksema epidermise järele, et parandada inimlikke omadusi.

«Usume, et paksema ja realistlikuma naha loomine on saavutatav, lisades näiteks higinäärmeid, rasunäärmeid, poore, veresooni, rasva ja närve,» ütles Takeuchi.

Teadlaste sõnul hõlmab inimlike väljendusvahendite loomine keerukate mootorite või lihaste integreerimist roboti sisse, rõhutades, et tõetruuduse saavutamisel on liikumine sama oluline kui materjal.

«Robotite loomine, mis suudavad end tervendada, oma keskkonda täpsemalt tajuda ja ülesandeid täita inimeselaadse osavusega, on uskumatult motiveeriv,» ütles Takeuchi.

Allikad: Eurekalert, Interesting Engineering