未來的機器人可能會被覆蓋上能夠自我修復的仿真皮膚，這種皮膚可以像人類皮膚一樣癒合。這種新方法結合了培養的皮膚細胞和硅膠，使機器人皮膚更具彈性，更加逼真。
研究人員在6月25日發表在《Cell Reports Physical Science》期刊上的研究中指出，這種皮膚通過新的附著方法使其與機器人的骨架更加緊密結合，同時還能自我修復任何劃痕或裂口。
人工皮膚一直被視為使機器人更具人類特徵的方法之一，而培養皮膚比乳膠等合成材料更加逼真。然而，如果沒有合適的附著方法，人工皮膚可能會從機器人的框架上鬆脫下來，視覺上令人不適。
以前，機器人研究人員嘗試通過使用鉤狀或蘑菇形結構的“錨”來解決人工皮膚從金屬框架上鬆脫的問題。這些錨可以防止皮膚在機器人框架上移動，但粘附結構可能會在皮膚下突出來，影響其人類般的外觀。
在這項新研究中，研究人員開創了一種方法，使機器人的骨架上有微小的孔，人工培養的皮膚可以伸展出V形鉤，即“穿孔型錨”，這些錨可以將人工皮膚牢固地粘附在機器人上，同時保持光滑和柔韌的表面。
製造更逼真的機器人皮膚
人工皮膚被層層疊加在一個經過水蒸氣等離子處理的機器人上，使其具有親水性。換句話說，就是確保液體被吸引到表面。這意味著培養皮膚的凝膠會被更深入地吸入這些孔中，從而更緊密地粘附在機器人表面。
這種新型皮膚的主要優勢之一是它可以讓機器人在與人類一起工作時不會出現過度的磨損和損傷。小的撕裂或類似的損傷可以自我修復，而無需手動修復機器人。研究團隊表示，他們尚未測量人工皮膚在受損後癒合的速度。
在一次演示中，研究人員重現了人類微笑時皮膚的變化。這包括將人工皮膚與機器人的面部通過滑動層硅膠連接。當肌肉收緊時，這會導致“面頰充氣”，使皮膚在嘴角上方隆起。通過穿孔錨，皮膚可以無縫地貼合面部的3D模型，沒有突出的螺栓或鉤子。
研究人員還比較了帶有和不帶穿孔錨的表面上應用的人工皮膚。在沒有錨的表面上，皮膚在七天內收縮了多達84.5%，而在帶有1毫米錨的表面上收縮了33.6%。機器人的皮膚收縮會使皮膚與機器人的內框架分離，破壞其逼真的外觀，並可能導致皮膚層的損壞。在帶有較大3毫米和5毫米錨的表面上，皮膚的收縮率分別為26.4%和32.2%。
構建類似人類的仿生機器人之路
東京大學工業科學研究所（IIS）的研究員武內正治（Shoji Takeuchi）表示，在機器人使用團隊方法的皮膚之前，還需要採取幾步措施。
“首先，我們需要增強培養皮膚在應用於機器人時的耐久性和壽命，特別是解決營養和水分供應的問題，”他說。“這可能涉及在皮膚內開發集成的血管或其他灌注系統。”
“其次，提升皮膚的機械強度以匹配自然人類皮膚也是至關重要的。這涉及優化培養皮膚內的膠原結構和濃度。”
武內還指出，為了真正具有功能性，人工皮膚最終需要向穿戴它的機器人傳遞溫度和觸覺等感官信息，並且具有抗生物汙染的能力。
科學家們表示，該領域的研究可以進一步加深我們對面部肌肉如何傳達情感的理解——這反過來可能推動面癱治療等手術的突破，或擴展化妝品和骨科手術的能力。對皮膚粘附性的更好理解還可能使未來的機器人框架無需任何V形孔洞。