未来的机器人可能会被覆盖上能够自我修复的仿真皮肤，这种皮肤可以像人类皮肤一样愈合。这种新方法结合了培养的皮肤细胞和硅胶，使机器人皮肤更具弹性，更加逼真。
研究人员在6月25日发表在《Cell Reports Physical Science》期刊上的研究中指出，这种皮肤通过新的附着方法使其与机器人的骨架更加紧密结合，同时还能自我修复任何划痕或裂口。
人工皮肤一直被视为使机器人更具人类特征的方法之一，而培养皮肤比乳胶等合成材料更加逼真。然而，如果没有合适的附着方法，人工皮肤可能会从机器人的框架上松脱下来，视觉上令人不适。
以前，机器人研究人员尝试通过使用钩状或蘑菇形结构的“锚”来解决人工皮肤从金属框架上松脱的问题。这些锚可以防止皮肤在机器人框架上移动，但粘附结构可能会在皮肤下突出来，影响其人类般的外观。
在这项新研究中，研究人员开创了一种方法，使机器人的骨架上有微小的孔，人工培养的皮肤可以伸展出V形钩，即“穿孔型锚”，这些锚可以将人工皮肤牢固地粘附在机器人上，同时保持光滑和柔韧的表面。
制造更逼真的机器人皮肤
人工皮肤被层层叠加在一个经过水蒸气等离子处理的机器人上，使其具有亲水性。换句话说，就是确保液体被吸引到表面。这意味着培养皮肤的凝胶会被更深入地吸入这些孔中，从而更紧密地粘附在机器人表面。
这种新型皮肤的主要优势之一是它可以让机器人在与人类一起工作时不会出现过度的磨损和损伤。小的撕裂或类似的损伤可以自我修复，而无需手动修复机器人。研究团队表示，他们尚未测量人工皮肤在受损后愈合的速度。
在一次演示中，研究人员重现了人类微笑时皮肤的变化。这包括将人工皮肤与机器人的面部通过滑动层硅胶连接。当肌肉收紧时，这会导致“面颊充气”，使皮肤在嘴角上方隆起。通过穿孔锚，皮肤可以无缝地贴合面部的3D模型，没有突出的螺栓或钩子。
研究人员还比较了带有和不带穿孔锚的表面上应用的人工皮肤。在没有锚的表面上，皮肤在七天内收缩了多达84.5%，而在带有1毫米锚的表面上收缩了33.6%。机器人的皮肤收缩会使皮肤与机器人的内框架分离，破坏其逼真的外观，并可能导致皮肤层的损坏。在带有较大3毫米和5毫米锚的表面上，皮肤的收缩率分别为26.4%和32.2%。
构建类似人类的仿生机器人之路
东京大学工业科学研究所（IIS）的研究员武内正治（Shoji Takeuchi）表示，在机器人使用团队方法的皮肤之前，还需要采取几步措施。
“首先，我们需要增强培养皮肤在应用于机器人时的耐久性和寿命，特别是解决营养和水分供应的问题，”他说。“这可能涉及在皮肤内开发集成的血管或其他灌注系统。”
“其次，提升皮肤的机械强度以匹配自然人类皮肤也是至关重要的。这涉及优化培养皮肤内的胶原结构和浓度。”
武内还指出，为了真正具有功能性，人工皮肤最终需要向穿戴它的机器人传递温度和触觉等感官信息，并且具有抗生物污染的能力。
科学家们表示，该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——这反过来可能推动面瘫治疗等手术的突破，或扩展化妆品和骨科手术的能力。对皮肤粘附性的更好理解还可能使未来的机器人框架无需任何V形孔洞。