Os cientistas usaram “pele humana viva” para fazer o rosto do robô. Ele sorriu e me fez chorar.

Recentemente, cientistas japoneses fizeram uma “cara” para um robô que pode sorrir, se mover e ter rugas.

Muitos internautas pensaram em “Terminator” depois de vê-lo. Afinal, o sorriso na foto parece a atuação de Schwarzenegger em “Terminator”.

Na verdade, não se trata de um filme de ficção científica, mas de um “rosto de robô” criado pela equipe do professor Shoji Takeuchi e Michio Kawai, da Universidade de Tóquio, no Japão, usando tecido vivo de células da pele humana.

E é mais provável que esse rosto seja usado primeiro nas pessoas.

Como colocar “pele humana” em um robô

Por mais de uma década, pesquisadores de robótica têm experimentado vários materiais, na esperança de encontrar um que possa proteger o maquinário complexo dos robôs e ao mesmo tempo ser macio e leve o suficiente, mas o progresso tem sido lento.

Embora a atual pele de silicone dos robôs possa imitar a pele humana até certo ponto, os detalhes ainda não são suficientes. Não só é difícil conseguir uma adesão adequada à máquina, mas uma vez que a superfície é arranhada, muitas vezes afetará a função mecânica. . operação, e isso pode facilmente levar diretamente ao "efeito vale misterioso".

Como podemos falar em servir as pessoas se vemos um robô que assusta as pessoas?

O cientista japonês Shoji Takeuchi descreveu este método em seu artigo "Âncoras do tipo perfuração inspiradas no ligamento da pele para rosto robótico coberto com pele viva (Âncoras do tipo perfuração inspiradas no ligamento da pele para rosto robótico coberto com pele viva)", porque a pele que ele gera é uma mistura de células da pele humana, tem aparência e toque muito semelhantes à pele humana e resolve em grande medida o problema da fixação da pele do robô.

Nos humanos, existe uma enorme rede de ligamentos que fixa a pele aos músculos e tecidos subjacentes. Os pesquisadores seguiram essa ideia e projetaram uma estrutura perfurada em forma de V, disse o professor Takeuchi.

Ao imitar a estrutura ligamentar da pele humana e utilizar perfurações em forma de V especialmente concebidas no material sólido, descobrimos uma forma de combinar a pele artificial com estruturas estruturais mecânicas. O design das perfurações em forma de V imita a estrutura dos ligamentos da pele humana, permitindo que a pele se mova com as peças mecânicas do robô sem rasgar ou descascar.

Os pesquisadores também testaram e avaliaram a capacidade desta âncora perfurada de fixar o tecido da pele através de uma série de experimentos:

Primeiro, para demonstrar a versatilidade das âncoras perfuradas em objetos 3D que cobrem contornos complexos, os pesquisadores fabricaram um dispositivo facial 3D coberto com equivalentes de pele.

Um equivalente dérmico fixado na âncora foi formado derramando solução dérmica de gel e incubando por 7 dias. Para imitar a estrutura facial humana, eles também fizeram alguns pequenos furos no rosto do robô e os preencheram com uma grande quantidade de gel contendo materiais elásticos.

Em seguida, queratinócitos epidérmicos artificiais foram inoculados na derme e cultivados por 17 dias, formando finalmente uma pele robô com camadas de derme e epiderme.

O estudo observou que a espessura uniforme do espaço de injeção de colágeno é fundamental para obter uma cobertura uniforme e descobriu que os equivalentes de pele variavam em espessura em diferentes áreas de contorno.

Experimentos também mostraram que o uso de âncoras perfuradas é fundamental para fixar equivalentes de pele, caso contrário o tecido se separará devido a forças contráteis.

Para verificar o efeito das âncoras perfuradas na inibição do encolhimento da pele, os pesquisadores produziram dispositivos com âncoras perfuradas de diferentes diâmetros (1mm, 3mm e 5mm) e injetaram no dispositivo gel de colágeno contendo fibroblastos de pele humana normal para formar um equivalente derme. , o encolhimento do equivalente dérmico foi observado durante um período de 7 dias.

Os resultados mostram que:

• As amostras sem âncoras encolheram 84,5% em 7 dias, enquanto as amostras com âncoras encolheram muito menos.
• Uma âncora com 1 mm de diâmetro limita o encolhimento a 33,6%.
• Uma âncora de 3 mm de diâmetro limita ainda mais o encolhimento a 26,3%.
• Em 5mm, o grau de retração aumentou 32,2%.

Isto pode ocorrer porque âncoras maiores ocupam mais área de superfície, fazendo com que o tecido encolha ainda mais em direção ao centro.

Os pesquisadores também avaliaram o impacto do número de pontos de ancoragem no desempenho da ancoragem através do método dos elementos finitos (usando tecnologia de simulação computacional para avaliar e analisar o impacto do número de pontos de ancoragem no desempenho da ancoragem).

• Quanto maior o número de âncoras, mais resistente é a pele às forças de estiramento.
• Quando o chumbador está longe do ponto de tensão, a pele sofrerá um deslocamento significativo sob uma pequena força.

Ou seja, áreas com menor densidade de ancoragem permitem maior deformação, mas tendem a causar cargas concentradas em uma única ancoragem. Por outro lado, uma maior densidade de ancoragem pode proporcionar uma adesão mais forte e menor deformação.

Isto demonstra a utilidade potencial de âncoras perfuradas para atuação seletiva da pele facial, assim como os músculos faciais humanos. Em outras palavras, o arranjo de diferentes densidades de âncora na pele se tornará a chave para o desenho de “expressão” na pele.

Na expressão emocional humana, a pele facial é frequentemente levada a formar expressões através da contração dos músculos da mímica. Nesta pele, os pesquisadores também controlaram a espessura da pele, a densidade do ponto de ancoragem, o comprimento da âncora e outros fatores para deformar seletivamente a pele e recriar um sorriso semelhante ao de um rosto humano.

Por que a “pele” é tão importante

Na verdade, o professor Takeuchi sempre defendeu a combinação de tecido biológico humano e materiais mecânicos para criar robôs com características mais antropomórficas. ele pensa:

A pele viva é a solução definitiva para dar aos robôs uma aparência biológica.

Em 2022, ele e sua equipe usaram colágeno e fibroblastos dérmicos para criar dedos dérmicos semelhantes aos humanos.

A “pele” artificial criada não só tem boa elasticidade, mas também pode enrugar e esticar com os movimentos dos dedos, dando às pessoas uma sensação muito próxima dos dedos reais.

E a pele também tem um certo grau de reparabilidade. Os pesquisadores fizeram uma pequena incisão no “dedo” e usaram um curativo de colágeno para envolvê-lo. Depois de deixá-lo em uma placa de Petri por uma semana, o colágeno conseguiu reparar a pele até certo ponto.

Após este experimento, o professor Takeuchi disse:

Ficamos impressionados com a forma como o tecido da pele se adaptou à superfície do robô.

Em janeiro deste ano, ele também propôs imitar músculos humanos para fazer pernas de robô, criando um robô biohíbrido de estrutura mecânica com maquinário como osso e tecido humano como pele e carne.

Embora a pele artificial de hoje ainda pareça um pouco “assustadora”, na verdade, tornar os robôs cada vez mais parecidos com os humanos é um dos objetivos importantes dos robôs humanóides.

Isso ocorre principalmente porque os robôs humanóides podem fornecer uma experiência de interação mais natural e amigável, imitando os humanos na aparência, nas expressões e nos movimentos. Essa semelhança faz com que os humanos se sintam mais confortáveis ​​ao interagir com robôs, tornando mais fácil aceitá-los e confiar neles. Takeuchi Shoji disse:

Rostos e expressões semelhantes aos humanos melhoram a comunicação e a empatia nas interações humano-robô, tornando os robôs mais eficazes nos cuidados de saúde, no serviço e no companheirismo.

Por exemplo, em muitos filmes de ficção científica, a pele humana realista tornou-se a característica padrão dos robôs humanóides. Mesmo em "Liao Zhai", a bela "pele pintada" é uma escolha inevitável para os fantasmas se aproximarem dos humanos.

Obviamente, os humanos são naturalmente mais propensos a formar conexões emocionais com rostos e padrões de comportamento semelhantes, proporcionando apoio emocional e companheirismo. Ao imitar expressões humanas, vozes e linguagem corporal, os robôs humanóides podem integrar-se mais facilmente nos ambientes de trabalho humanos, utilizar as mesmas ferramentas e equipamentos que os humanos e até mesmo preencher os papéis de atores, modelos ou criadores de arte.

Wang Yifan, professor assistente da Escola de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade Tecnológica de Nanyang, em Cingapura, disse que esta combinação de pele dá aos robôs biohíbridos o potencial de sentir:

Isso poderia criar oportunidades para os robôs sentirem os humanos e interagirem com eles com segurança.

No entanto, embora o experimento tenha sido bem-sucedido, ainda há um longo caminho a percorrer antes que possa ser usado em robôs, disse o professor Takeuchi.

Primeiro, precisamos de melhorar a durabilidade e a longevidade da pele cultivada quando aplicada a robôs, abordando especificamente questões relacionadas com a nutrição e o fornecimento de hidratação. Isto pode envolver o desenvolvimento de vasos sanguíneos integrados ou outros sistemas de perfusão na pele. Em segundo lugar, é fundamental aumentar a resistência mecânica da pele para corresponder à da pele humana natural. Isto requer a otimização da estrutura e concentração do colágeno na pele cultivada.

Ele também destacou que, para funcionar verdadeiramente, a pele artificial deve, em última análise, ser capaz de transmitir informações sensoriais, como temperatura e toque, ao robô que a usa, e este é o próximo objetivo da pesquisa do professor Takeuchi.

Nosso objetivo é criar uma pele que imite de perto as funções da pele real, construindo gradualmente componentes básicos, como vasos sanguíneos, nervos, glândulas sudoríparas, glândulas sebáceas e folículos capilares.

Vale ressaltar que se a pesquisa com pele artificial tiver sucesso, ela poderá não apenas ser utilizada na fabricação de robôs, mas também terá grande potencial de aplicação em outras áreas, como projeto e confecção de próteses, tratamento de queimaduras, sequelas cosméticas, paralisia facial, etc. Michio Kawai expresso:

Com o desenvolvimento da tecnologia de IA e de várias outras, permitindo que os robôs assumam mais funções, os requisitos funcionais das skins dos robôs também estão mudando.

Em alguns experimentos, os pesquisadores descobriram que quando a pele do robô mantém uma forma por muito tempo, ela pode replicar o processo de geração de rugas:

Modelos de pele que recriam a formação de rugas poderiam ser potencialmente usados ​​em testes de cosméticos e produtos para a pele projetados para prevenir, retardar ou melhorar a formação de rugas.

Isto, sem dúvida, desempenhará um papel importante na pesquisa e teste de novos cosméticos e produtos para a pele.

Essa “pele” criada especialmente para robôs provavelmente será usada primeiro em humanos.

Obviamente, ainda há alguma controvérsia sobre se esta tecnologia pode ajudar os robôs a se tornarem mais parecidos com os humanos, mas pode ser usada em outras áreas além da robótica.

Não é este outro tipo de sucesso?

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