東京大學研究「自癒合人造皮膚」讓機器人更逼真，還能微笑

未來，機器人可能會擁有栩栩如生且能夠自我修復的皮膚，這種皮膚的修複方式類似於人體皮膚的癒合過程。

這項研究成果於 6 月 25 日發表在《細胞報告物理科學》雜誌上。研究人員表示，這種新型皮膚不僅因為能夠自我修復損傷（例如切割或擦傷）而顯得更加逼真，而且依附於機器人骨骼的方式也讓其看起來更加真實。

長期以來，人們一直認為人造皮膚可以使機器人看起來更像人類，比合成材料（例如乳膠）更逼真。但是，如果沒有合適的粘合方法，人造皮膚就會以一種視覺上令人不安的方式從機器人的框架上鬆弛脫落。

過去，機器人研究人員嘗試使用錨釘（鉤狀或蘑菇狀結構）將人造皮膚固定在金屬框架上以解決下垂問題。這種方法雖然可以防止皮膚在機器人框架上移動，但粘合結構會凸起在皮膚下面形成腫塊，影響其逼真程度。

在這項新的研究中，研究人員開創了一種新方法，即在機器人的骨骼上鑽微小的孔洞，人工培養的皮膚可以將 V 形鉤（稱為“穿孔錨”）伸入這些孔洞中。這種方式可以使人造皮膚粘附在機器人上，同時保持光滑和柔韌的表面。

人造皮膚覆蓋在一台經過水蒸汽電漿體處理的機器人上，這種處理使機器人表面親水。這意味著培養的皮膚凝膠會被更深地拉入孔洞，從而更緊密地附著在機器人表面。

研究團隊表示，這種新型皮膚的主要優點之一是它可以讓機器人與人類並肩工作，而不會出現過度磨損。小型撕裂或類似的損傷可以通過皮膚的自我修復功能來修復，而無需手動修理。不過，他們並沒有測量人造皮膚在受到損傷後自我修復的速度。

在一項展示中，研究人員重建了人類微笑時皮膚變化的方式。通過在人造皮膚和機器人面部之間連接一層可滑動的矽膠層，當肌肉收緊並導致皮膚在嘴角兩側隆起時，就會出現“微笑”的效果。得益於穿孔錨，皮膚可以無縫貼合臉部的三維模型，沒有任何突出的螺栓或鉤子。

IT之家注意到，研究人員還比較了帶有和不帶有穿孔錨的人造皮膚。在沒有錨的表面上，皮膚在 7 天內收縮了 84.5%，而帶有 1 毫米錨的表面上收縮了 33.6%。機器人皮膚的收縮會使皮膚與其內部框架分離，破壞其逼真性並可能損壞皮膚層。帶有 3 毫米和 5 毫米錨的表面上的皮膚則可以保持更長時間的形狀，分別收縮了 26.4% 和 32.2%。

這項研究的參與者之一、東京大學工業科學研究所 (IIS) 的研究人員 Shoji Takeuchi 告訴 Live Science，在機器人使用他們團隊的方法安裝皮膚之前，還需要採取一些步驟。

他說：“首先，我們需要提高培養皮膚在應用於機器人時的耐久性和壽命，特別是解決與營養和水分供應相關的問題。這可能涉及在皮膚內開發整合的血管或其他灌注系統。其次，提高皮膚的機械強度以匹配天然人類皮膚的強度至關重要。這需要最佳化培養皮膚內的膠原蛋白結構和濃度。”

Takeuchi 還指出，為了真正發揮功能，人造皮膚最終將需要向使用它的機器人傳達溫度和觸覺等感測器資訊，並且能夠抵抗生物污染。