Технології
Технології

Роботизований палець покрили шкірою з людських клітин

Японські інженери знайшли спосіб зробити роботизований аналог людської частини тіла дійсно схожою на людську. Надрукований на 3D-принтері палець покрили шкірою, яку створили з клітин дермальних фібробластів людини, колагену і клітин епідермісу. Причому вченим вдалося навіть «вилікувати» палець після пошкодження методом, яким зазвичай відновлюють шкіру людей після опіків. Палець представили у статті, опублікованій у журналі Matter.

Палець після того як його полікували після поранення. Рожевий колір забезпечує поживне для росту фібробластів середовище. Takeuchi et al. / Matter, 2022

Палець після того як його полікували після поранення. Рожевий колір забезпечує поживне для росту фібробластів середовище. Takeuchi et al. / Matter, 2022

Навіщо роботу людська шкіра?

Виготовлення аналогів шкіри з живих людських клітин у чашках Петрі не є чимось новим: їх використовують у дослідженнях та навіть як медичні імплантати у лікуванні ран та опіків. Однак попри те, що вони добре імітують характеристики шкіри як на вигляд, так і за внутрішньою структурою, досі тривимірні об'єкти такою шкірою без пошкодження покрити не вдавалося. Тому аналоги людської шкіри і не пробували використовувати, наприклад, на роботах, щоб зробити їх більш людиноподібними, чутливими і здатними до загоєння пошкоджень, як це відбувається у людей.

Однак дослідникам з Токійського університету вдалося знайти підхід для роботів. І надрукований на 3D-принтері роботизований палець отримав функціональний шар дерми та епідермісу.

Процес росту шкіри на пальці. Takeuchi et al. / Matter, 2022

Процес росту шкіри на пальці. Takeuchi et al. / Matter, 2022

Де взяли шкіру на палець для робота?

Для формування дерми для робота вченим знадобився розчин колагену і дермальні фібробласти людини — клітинні компоненти підшкірної сполучної тканини. Після того, як вони культивувалися у зрілий покрив, його потрібно було нанести на палець так, щоб він обтягнув його по всій площині. Тому у контейнер занурили палець із додатковими кріпленнями, які створили додатковий натяг при усаджуванні шару та запобігли його відступам по краях.

Наступним кроком стало нанесення епідермального шару, який полягає у тому, щоб додати кератиноцити — клітини, що складають епідерміс. Їх у кілька етапів засіювали на поверхню пальця робота, щоб вони створили рівномірний шар. У підсумку за два тижні вони прижилися на дермі.

Як роботу у новій шкірі?

У підсумку палець отримав шар шкіри товщиною у 2,34 міліметра, який був рівномірно розподілений по всій поверхні конструкції. Її міцність на розтяг склала 5,6 кілопаскаля, що менше ніж цей показник у людської шкіри, однак достатньо, щоб робот міг безперешкодно згинати пальці. Вчені зазначають, що покращити цей параметр можна за допомогою більшої кількості колагену. Крім того, поки пальцями таким робот зможе ворушити лише у спеціальному живильному середовищі, бо на відкритому повітрі шкіра поки не може функціонувати довший час. Тому дослідники вказують, що у майбутній роботі спробують створити механізм, який би допоміг роботи зволожувати свою шкіру: наприклад, систему імітації кровоносних судин або потових залоз. Також науковці перевірили покрив робот на водопроникність, яка показала, що нанесений таким чином епідерміс виконує свої бар'єрні функції.

Takeuchi et al. / Matter, 2022

Takeuchi et al. / Matter, 2022

Крім того, на роботі вирішили також і провести випробування пошкодженням. Так порізаний палець вдалося відновити нанесеним шаром колагену подібно тому як лікують опіки шкіри. Через три дні після такого лікування клітини з дерми (дермальні фібробласти) мігрували у цей додатковий шар, як це відбувається під час поранень у людей, та відновили шкіряний покрив пальця.

Автори дослідження сподіваються, що у майбутньому їхній підхід можна буде поєднати із технологіями біодруку та почати використовувати у робототехніці. Більше про наділення роботів зокрема людськими відчуттями ми розповідали у нашому матеріалі «Як роботи дивляться на світ та яке вино їм смакує».

Як ще роботи можуть потикати пальцем

☀Шотландські інженери використали сонячні панелі, щоб передати своїй роботизованій руці відчуття дотику. Так вона може принаймні оцінити перешкоду перед собою

🧲Facebook (а тепер — Meta) використовує зміни магнітного поля, щоб електронна шкіра для роботів могла допомогти їм обережно їсти чорниці, а не чавити їх одразу в руках

🤞🏽А американські інженери запропонували своєму роботу м'які подушечки пальців та навички гладити все, до чого торкаєшся. Так він розрізнив понад 10 різних поверхонь на дотик.


Фото в анонсі: Takeuchi et al. / Matter, 2022