自愈合人造皮肤让机器人更逼真,还能微笑
阅读提醒: 6 月 26 日消息,未来,机器人可能会拥有栩栩如生且能够自我修复的皮肤,这种皮肤的修复方式类似于人体皮肤的愈合过程。这项研究成果于 6 月 25 日发表在《细胞报告物理科学》杂志上。研究人员表示,这种新型皮肤不仅因为能够自我修复损伤(例如切割或擦伤)而显得更加逼真,而且依附于机器人骨骼的方式也让其看起来更加真实。长期以来,人们一直认为人造皮肤可以使机器人看起来更像人类,比合成材料(例如乳胶)更
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6 月 26 日消息,未来,机器人可能会拥有栩栩如生且能够自我修复的皮肤,这种皮肤的修复方式类似于人体皮肤的愈合过程。

这项研究成果于 6 月 25 日发表在《细胞报告物理科学》杂志上。研究人员表示,这种新型皮肤不仅因为能够自我修复损伤(例如切割或擦伤)而显得更加逼真,而且依附于机器人骨骼的方式也让其看起来更加真实。

长期以来,人们一直认为人造皮肤可以使机器人看起来更像人类,比合成材料(例如乳胶)更逼真。但是,如果没有合适的粘合方法,人造皮肤就会以一种视觉上令人不安的方式从机器人的框架上松弛脱落。

过去,机器人研究人员尝试使用锚钉(钩状或蘑菇状结构)将人造皮肤固定在金属框架上以解决下垂问题。这种方法虽然可以防止皮肤在机器人框架上移动,但粘合结构会凸起在皮肤下面形成肿块,影响其逼真程度。

在这项新的研究中,研究人员开创了一种新方法,即在机器人的骨骼上钻微小的孔洞,人工培养的皮肤可以将 V 形钩(称为“穿孔锚”)伸入这些孔洞中。这种方式可以使人造皮肤粘附在机器人上,同时保持光滑和柔韧的表面。

人造皮肤覆盖在一台经过水蒸汽等离子体处理的机器人上,这种处理使机器人表面亲水。这意味着培养的皮肤凝胶会被更深地拉入孔洞,从而更紧密地附着在机器人表面。

研究团队表示,这种新型皮肤的主要优点之一是它可以让机器人与人类并肩工作,而不会出现过度磨损。小型撕裂或类似的损伤可以通过皮肤的自我修复功能来修复,而无需手动修理。不过,他们并没有测量人造皮肤在受到损伤后自我修复的速度。

在一项演示中,研究人员重建了人类微笑时皮肤变化的方式。通过在人造皮肤和机器人面部之间连接一层可滑动的硅胶层,当肌肉收紧并导致皮肤在嘴角两侧隆起时,就会出现“微笑”的效果。得益于穿孔锚,皮肤可以无缝贴合脸部的三维模型,没有任何突出的螺栓或钩子。

注意到,研究人员还比较了带有和不带有穿孔锚的人造皮肤。在没有锚的表面上,皮肤在 7 天内收缩了 84.5%,而带有 1 毫米锚的表面上收缩了 33.6%。机器人皮肤的收缩会使皮肤与其内部框架分离,破坏其逼真性并可能损坏皮肤层。带有 3 毫米和 5 毫米锚的表面上的皮肤则可以保持更长时间的形状,分别收缩了 26.4% 和 32.2%。

这项研究的参与者之一、东京大学工业科学研究所 (IIS) 的研究人员 Shoji Takeuchi 告诉 Live Science,在机器人使用他们团队的方法安装皮肤之前,还需要采取一些步骤。

他说:“首先,我们需要提高培养皮肤在应用于机器人时的耐久性和寿命,特别是解决与营养和水分供应相关的问题。这可能涉及在皮肤内开发整合的血管或其他灌注系统。其次,提高皮肤的机械强度以匹配天然人类皮肤的强度至关重要。这需要优化培养皮肤内的胶原蛋白结构和浓度。”

Takeuchi 还指出,为了真正发挥功能,人造皮肤最终将需要向使用它的机器人传达温度和触觉等传感器信息,并且能够抵抗生物污染。

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