Wissenschaftler verwendeten „lebende menschliche Haut“, um dem Roboter ein Gesicht zu geben. Es lächelte und brachte mich zum Weinen.

Kürzlich haben japanische Wissenschaftler ein „Gesicht“ für einen Roboter geschaffen, der lächeln, sich bewegen und Falten haben kann.

Viele Internetnutzer dachten an „Terminator“, nachdem sie es gesehen hatten. Schließlich sieht das Lächeln auf dem Bild aus wie Schwarzeneggers Auftritt in „Terminator“.

Das ist eigentlich kein Science-Fiction-Film, sondern ein „Robotergesicht“, das das Team von Professor Shoji Takeuchi und Michio Kawai von der Universität Tokio in Japan aus lebendem menschlichem Hautzellgewebe geschaffen hat.

Und dieses Gesicht wird höchstwahrscheinlich zuerst bei Menschen verwendet.

Wie man einem Roboter „menschliche Haut“ verleiht

Seit mehr als einem Jahrzehnt experimentieren Robotikforscher mit verschiedenen Materialien in der Hoffnung, eines zu finden, das die komplexe Maschinerie von Robotern schützen kann und gleichzeitig weich und leicht genug ist, doch die Fortschritte waren langsam.

Obwohl die aktuelle Silikonhaut von Robotern bis zu einem gewissen Grad die menschliche Haut imitieren kann, reichen die Details immer noch nicht aus. Es ist nicht nur schwierig, eine angemessene Haftung an der Maschine zu erreichen, sondern beeinträchtigt oft auch die mechanische Funktion, sobald die Oberfläche zerkratzt ist . Betrieb, und dies kann leicht direkt zum „Uncanny-Valley-Effekt“ führen.

Wie können wir darüber reden, Menschen zu dienen, wenn wir einen Roboter sehen, der den Menschen Angst macht?

Der japanische Wissenschaftler Shoji Takeuchi beschrieb diese Methode in seiner Arbeit „Perforation-type Anchors Inspired by Skin Ligament for Robotic Face Covered With Living Skin“ (Perforation-Type Anchors Inspired by Skin Ligament for Robotic Face Covered With Living Skin)“, weil die Haut, die sie erzeugt ist eine Mischung aus menschlichen Hautzellen, sieht und fühlt sich der menschlichen Haut sehr ähnlich und löst das Problem der Roboter-Hautfixierung weitgehend.

Beim Menschen gibt es ein riesiges Bandnetzwerk, das die Haut an den darunter liegenden Muskeln und Geweben befestigt. Die Forscher folgten dieser Idee und entwarfen eine V-förmige perforierte Struktur.

Indem wir die Bandstruktur der menschlichen Haut nachahmten und speziell gestaltete V-förmige Perforationen im festen Material verwendeten, entdeckten wir eine Möglichkeit, künstliche Haut mit mechanischen Strukturstrukturen zu kombinieren. Das Design der V-förmigen Perforationen ahmt die Struktur menschlicher Hautbänder nach und ermöglicht es der Haut, sich mit den mechanischen Teilen des Roboters zu bewegen, ohne zu reißen oder sich abzulösen.

Die Forscher testeten und bewerteten auch die Fähigkeit dieses perforierten Ankers, Hautgewebe durch eine Reihe von Experimenten zu fixieren:

Um die Vielseitigkeit perforierter Anker auf 3D-Objekten zu demonstrieren, die komplexe Konturen abdecken, stellten die Forscher zunächst ein 3D-Gesichtsgerät her, das mit Hautäquivalenten bedeckt war.

Durch Eingießen einer Gel-Hautlösung und 7-tägiges Inkubieren wurde ein auf dem Anker fixiertes Hautäquivalent gebildet. Um die menschliche Gesichtsstruktur nachzuahmen, bohrten sie außerdem einige kleine Löcher in das Gesicht des Roboters und füllten sie mit einer großen Menge Gel, das elastische Materialien enthielt.

Als nächstes wurden künstliche epidermale Keratinozyten auf die Dermis geimpft und 17 Tage lang kultiviert, um schließlich eine Roboterhaut mit Dermis- und Epidermisschichten zu bilden.

Die Studie stellte fest, dass eine gleichmäßige Dicke des Kollageninjektionsraums entscheidend ist, um eine gleichmäßige Abdeckung zu erreichen, und stellte fest, dass die Dicke der Hautäquivalente in verschiedenen Konturbereichen variierte.

Experimente haben auch gezeigt, dass die Verwendung von perforierten Ankern für die Sicherung von Hautäquivalenten von entscheidender Bedeutung ist, da sich das Gewebe sonst aufgrund kontraktiler Kräfte trennt.

Um die Wirkung perforierter Anker bei der Hemmung der Hautschrumpfung zu überprüfen, stellten die Forscher Geräte mit perforierten Ankern unterschiedlicher Durchmesser (1 mm, 3 mm und 5 mm) her und injizierten Kollagengel, das menschliche normale Hautfibroblasten enthielt, in das Gerät, um ein Dermisäquivalent zu bilden wurde die Schrumpfung des Hautäquivalents über einen Zeitraum von 7 Tagen beobachtet.

Die Ergebnisse zeigen Folgendes:

• Die Proben ohne Anker schrumpften innerhalb von 7 Tagen um 84,5 %, während die Proben mit Ankern deutlich weniger schrumpften.
• Ein Dübel mit 1 mm Durchmesser begrenzt die Schrumpfung auf 33,6 %.
• Ein Anker mit 3 mm Durchmesser begrenzt die Schrumpfung zusätzlich auf 26,3 %.
• Bei 5 mm erhöhte sich der Schrumpfungsgrad um 32,2 %.

Dies kann daran liegen, dass größere Anker eine größere Oberfläche einnehmen, was dazu führt, dass das Gewebe weiter zur Mitte hin schrumpft.

Die Forscher bewerteten auch den Einfluss der Anzahl der Ankerpunkte auf die Verankerungsleistung mithilfe der Finite-Elemente-Methode (unter Verwendung von Computersimulationstechnologie zur Bewertung und Analyse des Einflusses der Anzahl der Ankerpunkte auf die Verankerungsleistung). Die Ergebnisse zeigten:

• Je größer die Anzahl der Anker, desto widerstandsfähiger ist die Haut gegenüber Dehnungskräften.
• Wenn der Ankerbolzen weit vom Belastungspunkt entfernt ist, erfährt die Haut bei einer geringen Kraft eine erhebliche Verschiebung.

Das heißt, Bereiche mit geringerer Ankerdichte ermöglichen eine größere Verformung, neigen jedoch dazu, konzentrierte Lasten auf einen einzelnen Anker zu verursachen. Umgekehrt kann eine höhere Ankerdichte für eine stärkere Haftung und eine geringere Verformung sorgen.

Dies zeigt den potenziellen Nutzen perforierter Anker für die selektive Betätigung der Gesichtshaut, ähnlich wie bei menschlichen Gesichtsmuskeln. Mit anderen Worten: Die Anordnung unterschiedlicher Ankerdichten auf der Haut wird zum Schlüssel für das „Ausdrucks“-Design auf der Haut.

Beim emotionalen Ausdruck des Menschen wird die Gesichtshaut oft durch die Kontraktion der Mimikmuskeln dazu angetrieben, einen Ausdruck zu formen. Auf dieser Haut kontrollierten die Forscher außerdem die Hautdicke, die Ankerpunktdichte, die Ankerlänge und andere Faktoren, um die Haut selektiv zu verformen und ein Lächeln ähnlich einem menschlichen Gesicht wiederherzustellen.

Warum „Haut“ so wichtig ist

Tatsächlich hat Professor Takeuchi immer dafür plädiert, menschliches biologisches Gewebe und mechanische Materialien zu kombinieren, um Roboter mit eher anthropomorphen Eigenschaften zu schaffen. er denkt:

Lebende Haut ist die ultimative Lösung, um Robotern ein biologisches Aussehen und Gefühl zu verleihen.

Im Jahr 2022 nutzten er und sein Team Kollagen und Hautfibroblasten, um menschenähnliche Hautfinger zu erschaffen.

Die erzeugte künstliche „Haut“ weist nicht nur eine gute Elastizität auf, sondern kann sich auch durch die Bewegungen der Finger falten und dehnen, sodass Menschen ein sehr ähnliches Gefühl wie echte Finger haben.

Und die Haut verfügt auch über ein gewisses Maß an Reparaturfähigkeit. Die Forscher schnitten einen kleinen Einschnitt in den „Finger“ und wickelten ihn mit einem Kollagenverband ein. Nachdem sie ihn eine Woche lang in einer Petrischale belassen hatten, konnte das Kollagen die Haut bis zu einem gewissen Grad reparieren.

Nach diesem Experiment sagte Professor Takeuchi:

Wir waren beeindruckt, wie gut sich das Hautgewebe an die Oberfläche des Roboters anpasste.

Im Januar dieses Jahres schlug er außerdem vor, menschliche Muskeln zu imitieren, um Roboterbeine herzustellen und so einen biohybriden Roboter mit mechanischer Struktur und Maschinen wie Knochen und menschlichem Gewebe wie Haut und Fleisch zu schaffen.

Obwohl die heutige künstliche Haut immer noch ein wenig „beängstigend“ erscheint, ist es tatsächlich eines der wichtigen Ziele humanoider Roboter, Roboter immer mehr wie Menschen zu machen.

Dies liegt vor allem daran, dass humanoide Roboter ein natürlicheres und freundlicheres Interaktionserlebnis bieten können, indem sie Menschen in Aussehen, Gesichtsausdruck und Bewegungen nachahmen. Diese Ähnlichkeit führt dazu, dass sich Menschen im Umgang mit Robotern wohler fühlen und es einfacher ist, sie zu akzeptieren und ihnen zu vertrauen. Takeuchi Shoji sagte:

Menschenähnliche Gesichter und Ausdrücke verbessern die Kommunikation und Empathie bei Mensch-Roboter-Interaktionen und machen Roboter im Gesundheitswesen, im Service und in der Begleitung effektiver.

In vielen Science-Fiction-Filmen ist beispielsweise realistische menschliche Haut zum Standardmerkmal humanoider Roboter geworden. Selbst in „Liao Zhai“ ist schöne „bemalte Haut“ eine unvermeidliche Wahl für Geister, um Menschen nahe zu kommen.

Offensichtlich neigen Menschen von Natur aus eher dazu, emotionale Verbindungen mit ähnlichen Gesichtern und Verhaltensmustern aufzubauen und emotionale Unterstützung und Kameradschaft zu bieten. Durch die Nachahmung menschlicher Ausdrücke, Stimmen und Körpersprache können humanoide Roboter sich reibungsloser in menschliche Arbeitsumgebungen integrieren, dieselben Werkzeuge und Geräte wie Menschen verwenden und sogar die Rollen von Schauspielern, Models oder Kunstschaffenden übernehmen.

Wang Yifan, Assistenzprofessor an der Fakultät für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik der Nanyang Technological University in Singapur, sagte, diese Hautkombination gebe Biohybridrobotern das Potenzial, Folgendes zu fühlen:

Dies könnte Möglichkeiten für Roboter schaffen, Menschen zu spüren und sicher mit ihnen zu interagieren.

Obwohl das Experiment erfolgreich war, ist es noch ein langer Weg, bis es an Robotern eingesetzt werden kann, sagte Professor Takeuchi:

Erstens müssen wir die Haltbarkeit und Langlebigkeit kultivierter Haut bei der Anwendung an Robotern verbessern und dabei insbesondere Probleme im Zusammenhang mit Ernährung und Feuchtigkeitsversorgung angehen. Dies kann die Entwicklung integrierter Blutgefäße oder anderer Durchblutungssysteme in der Haut beinhalten. Zweitens ist es wichtig, die mechanische Festigkeit der Haut zu erhöhen, um sie an die natürliche menschliche Haut anzupassen. Dies erfordert die Optimierung der Kollagenstruktur und -konzentration in der kultivierten Haut.

Er wies auch darauf hin, dass künstliche Haut, um wirklich zu funktionieren, letztendlich in der Lage sein muss, dem Roboter, der sie trägt, sensorische Informationen wie Temperatur und Berührung zu übermitteln, und dies ist das nächste Forschungsziel von Professor Takeuchi. Er sagte:

Unser Ziel ist es, durch den schrittweisen Aufbau grundlegender Komponenten wie Blutgefäße, Nerven, Schweißdrüsen, Talgdrüsen und Haarfollikel eine Haut zu schaffen, die den Funktionen echter Haut möglichst nahe kommt.

Es ist erwähnenswert, dass, wenn die Forschung zu künstlicher Haut erfolgreich ist, diese nicht nur in der Roboterherstellung eingesetzt werden kann, sondern auch ein großes Anwendungspotenzial in anderen Bereichen hat, wie zum Beispiel bei der Entwicklung und Herstellung von Prothesen, der Behandlung von Verbrennungen, kosmetischen Folgen, Gesichtslähmungen, usw. Michio Kawai Express:

Mit der Entwicklung der KI-Technologie und mehreren anderen, die es Robotern ermöglichen, mehr Rollen zu übernehmen, ändern sich auch die funktionalen Anforderungen an Roboter-Skins.

In einigen Experimenten fanden Forscher heraus, dass Roboterhaut, wenn sie über einen langen Zeitraum eine Form beibehält, den Prozess der Faltenbildung nachahmen kann:

Hautmodelle, die die Faltenbildung nachbilden, könnten möglicherweise zum Testen von Kosmetika und Hautpflegeprodukten verwendet werden, die die Faltenbildung verhindern, verzögern oder verbessern sollen.

Dies wird zweifellos eine große Rolle bei der Erforschung und Erprobung neuer Kosmetik- und Hautpflegeprodukte spielen.

Diese speziell für Roboter geschaffene „Haut“ wird höchstwahrscheinlich zunächst bei Menschen zum Einsatz kommen.

Offensichtlich gibt es immer noch einige Kontroversen darüber, ob diese Technologie dazu beitragen kann, dass Roboter menschenähnlicher werden, aber sie kann auch in anderen Bereichen als Robotern eingesetzt werden.

Ist das nicht eine andere Art von Erfolg?

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Ai Faner |. Ursprünglicher Link · Kommentare anzeigen · Sina Weibo