Кожа для роботов

Чтобы сделать человекоподобных роботов больше похожих на людей, для них разрабатывают клеточно-белковую кожу, которая должна заменить синтетические материалы типа латекса. Но с такой кожей возникают некоторые проблемы. Во-первых, живые клетки нужно питать и одновременно избавлять их от метаболического мусора. Допустим, то и другое может делать поверхность робота, на которой будет лежать его человекоподобная кожа. Во-вторых, клетки должны залечивать дефекты и повреждения, которые неизбежно будут появляться. То есть кожа робота должна эти дефекты чувствовать и стимулировать деление своих клеток. Допустим, что тут могут помочь разные сигнальные молекулы, сигнальные факторы, которые опять же будет поступать в кожу от самого робота. В-третьих, как бы странно это ни звучало, кожа должна держаться на месте, то есть она не должна съезжать набок, собираться складками и пр.

Наша кожа сращена с более глубокими тканями – соединительнотканными и жировыми прослойками, с мышцами. Но у робота живое будет сидеть на неживом, а заставить живые клетки или белки прикрепиться на какой-нибудь пластик или металл довольно трудно: они ведь должны не просто прикрепиться, а сесть на неживую поверхность достаточно прочно, чтобы не отслаиваться под действием силы тяжести или механического давления, пусть и слабого. Эту проблему пытались решать, снабдив неживую поверхность крохотными выступами-неровностями – они должны были удерживать клеточно-белковую субстанцию от смещений. Но если коснуться такой поверхности, то всё равно ощутишь выступы, которые удерживают кожу, и всякое человекоподобие исчезает. Кроме того, они могут даже проступать над поверхностью кожи робота, будучи различимы даже на глаз. Наконец, если иметь в виду какие-то поверхностные датчики, то «кожеудерживающие» выпуклости могут добавить здесь конструктивных проблем.

Сотрудники Токийского университета предлагают в Cell Reports Physical Science другое решение: поверхность робота нужно покрыть не выступами, а порами, которые образуют попарно микроскопические V-образные ходы. На поверхность с такими порами накладывают коллагеновый гель с делящимися кожными клетками, причём поры заранее напитывают специальным раствором, который должен привлечь туда клетки и помочь им удержаться на поверхности внутри пор. «Кожа», разрастаясь, проникает в V-образные микроходы, которые становятся своеобразным якорем. Клеточно-белковая масса, образующая кожу робота, не будет отслаиваться и съёживаться в складки – она будет удерживаться на месте благодаря порам-креплениям.

Врастание искусственной кожи в V-образные крепления. (Фото: Michio Kawai et al., Cell Reports Physical Science, 2024)

В экспериментах на обычной безпоровой поверхности доля сморщившейся «кожи» за семь дней составила 84,5%. Если же клеточно-белковая субстанция могла заполнить V-образные поры диаметром в 1 мм, то доля потерявшей вид «кожи» падала до 33,6%. Если диаметр пор увеличивали до 3 мм, то кожа портилась на 26,3%, если диаметр увеличивали до 5 мм – то до 32,2%. (То есть у пор должен быть определённый оптимальный размер.) Такое крепление должно помогать быстрее исправлять дефекты в искусственной коже, а кроме того, прочно сидящей кожей проще управлять в смысле мимики. Наша мимика – это движение мышц, за которыми послушно следуют плотно сидящие на лице кожные покровы. Если бы кожа сидела неплотно, то страшно представить, что творилось бы у нас на лице, когда мы хмурились бы или смеялись. Исследователи сконструировали лицо-робот с подвижными частями: сдвигаясь с места, поднимая уголки рта, растягивая рот и создавая выпуклости на щеках – получалась улыбка. Такая улыбка была возможна только благодаря тому, что искусственная кожа прочно крепилась к подвижным деталям, послушно растягиваясь и образуя выпуклость в том месте, где нужно.

Улыбающееся лицо-робот с хорошо сидящей на нём искусственной кожей. (Фото: Shoji Takeuchi, Institute of Industrial Science (IIS), The University of Tokyo)

Пока что все эти эксперименты доказывают лишь то, что такое крепление работает с точки зрения механики. Возможно, что кожу на V-образных порах действительно будет удобнее питать и лечить, но тут в любом случае нужны новые опыты. Кроме того, человеческая кожа представляет собой довольно сложный орган с несколькими слоями, и самый верхний слой, эпидермис, довольно хорошо защищает нас от окружающей среды. Та клеточно-белковая масса, которую использовали в экспериментах, не очень похожа в этом смысле на нашу кожу. Всё-таки хорошо бы, чтобы у робота кожа выглядела не просто как нежный белково-клеточный гель, а тоже была с защитным поверхностным слоем – это важно хотя бы из практических соображений. Удастся ли создать такую кожу и стоит ли вообще игра свеч, покажет время.