Искусственный человек: как учёные создают кожу для людей и роботов?
Кожа — самый большой человеческий орган. Она защищает нас от внешних воздействий: жары и холода, механических повреждений, инфекций и различных микробов. Учёные стремятся создать искусственный вариант кожи — и людям помочь, и роботов «одеть».
Пересадка кожи практикуется уже давно, например, когда человек теряет большой процент кожного покрова после сильнейших ожогов или иных происшествий, но «выведенный в пробирке» аналог начали разрабатывать совсем недавно. Можно ли будет создать то, что подойдёт и человеку, и роботу?
Работа идёт полным ходом
Операции в 2025 году
В России разработка «электронной кожи» идёт полным ходом: в прошлом году сотрудники Московского института электронной техники и Сеченовского университета смогли сделать тонкие, легкие и прочные пластины, которые могут передавать чувствительность настоящего кожного покрова. Для этого учёные изучали кончики языка и пальцев, чтобы максимально точно воссоздать чувство осязания, но, пока это только это разработка сенсоров, а не полноценного заменителя настоящей кожи.
Правда, пока до практического применения дело не дошло, потому что нужна подходящая основа. А тут как раз в 2025 году собираются проводить клинические испытания искусственной кожи, на которую, возможно, получится прикрепить прошлогоднюю разработку.
Учёные из НИЦ Курчатовского института разработали аналог кожи человека для лечения ожогов и исследования кожных заболеваний. В её составе основа из биополимеров и клеток будущего пациента. Такой метод не даст человеческому организму отторгать подобный заменитель и поможет регенерировать настоящей коже.
Это клеточные технологии, то есть использование клеток и использование различных полимеров, создание матриксов, в которых встраиваются эти клетки. Это комбинированная вещь. Мы работаем на уровне самых продвинутых технологий в данном направлении.
Только вот есть нюанс. Эта разработка выделяется тем, что отлично восстанавливает человеческий организм, так как в ней используется инновационный полимерный материал, который может рассасываться и разлагаться, а это стимулирует клетки кожного покрова восстанавливаться. Это хороший показатель, а на практике её будут использовать со следующего года.
Потенциально, это можно будет объединить с разработкой московских учёных: нарастили кожу на руке, ещё и с сенсорами — чувствуешь прикосновения, а клетки регенерируют. Звучит здорово, но к роботам такое притянуть будет проблематично, хотя и возможно.
Неожиданно...
Утконос не только смешной зверёк
В Китае же учёные вдохновились утконосами и решили воссоздать мультирецепторную кожу, которая способна на расстоянии определять, что это за объект и из какого материала он создан.
У утконоса две сенсорные системы: на суше он может видеть и чувствовать запахи, но под водой глаза и ноздри закрываются водонепроницаемыми перепонками. И тут в ход идёт электрорецепция — способность ощущать электрические поля, чувствовать электрические и механические воздействия на окружающую среду, что помогает утконосам добывать добычу или избегать опасности.
Китайские учёные «подглядели» у утконосов такую сенсорную систему и решили использовать контактную электризацию и электростатическую индукцию для создания искусственной кожи. Получается так, что кожа контактирует с предметом и генерирует заряд, которые позволяет коже воспринимать тактильные стимулы.
Причина появления этой разработки
А электростатическую индукцию используют для того, чтобы на расстоянии можно было определять вид материала. Основа кожи реагирует с наночастицами, поэтому усиливается диэлектрическая поляризация, что позволяет системе воспринимать изменения электрический полей.
Вся эта сложная схема позволяет понимать, пластик перед вами или стекло, при этом, с нехилого расстояния. Результаты впечатляют — процент правильного определения составил 99,5%, а искусственная кожа смогла обнаружить мех с 135 сантиментов, резину с 90, а пластик с 80 сантиметров.
Конечно, классно, что можно будет различать предметы с такого большого расстояния, хотя, такой навык пригодится скорее роботам, а не людям. До конца неясно, как именно электромагнитные поля и вся эта техника могут повлиять на живой организм, да и подходящей основы для пересадки таких сенсоров на человека нет. Разработка хорошая, но не даст полноценно заменить кожу.
Японцы и роботы
Ближе всего к созданию универсальной кожи ( и для роботов, и для людей) подобрались в Японии. Ещё в 2022 году они создали первый прототип для робота из человеческих клеток, а сейчас они занимаются её модернизацией.
Японские учёные смогли повторить структуру человеческой кожи и связок, используя V-образные перфорации в твердых материалах. Благодаря естественной гибкости и прочности искусственной кожи, она может двигаться вместе с механизмом робота, при этом не рваться и не отслаиваться.
Для этого специалисты использовали коллагеновый гелий для адгезии, то есть скрепления разнородных тел. Этот материал достаточно вязкий и тяжело проникает в маленькие отверстия, чтобы это исправить использовали плазменную обработку — так искусственная кожа держится лучше.
Такая кожа на роботе держится крепче, повторяет все биологические функции человеческой кожи, и если её модернизировать, то робот станет точной копией человека, что позволит проводить тесты на безопасность с такими «кожаными» помощниками.
Но этого не достаточно
Такие разработки имеют довольно узкий профиль: тут вам и кожа для заживления ран,и новый сенсор, и покрытие для робота. Получается, чтобы полностью имитировать кожу, придётся все эти разработки соединить. Нужны ведь и хороший внешний вид, и приемлемая чувствительность, и устойчивость к повреждениям, а такого пока, увы, нет.
И ближайшие несколько лет точно не будет: операции по пересадке искусственной кожи человеку — редкое явление, но в России хотят ввести подобное в практику на постоянной основе. Хотя есть сомнения, будут ли такие разработки использовать, а жаль, ведь пользы от них много.