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科學家用人類活體皮膚給機器人做臉?未來已來!

2024-07-13科技
#圖文夏日征集令#在日本東京大學,一場科技革新正在進行。竹內昌治教授和河合道雄帶領的團隊,突破了常規,利用活體人類皮膚細胞組織,為機器人制作了一張能夠表達笑容、動作與皺紋的「臉」。這不是科幻,是現實,一張與人類皮膚觸感相似的機器人臉部皮膚被創造出來,其細膩程度令觀察者驚嘆。


這個創造引發了熱烈討論,在網上掀起了波瀾。人們將這一成果與電影【終結者】中的場景相比較,因為他們驚奇地發現,機器人的面部表情竟然與舒華辛力加的微笑如此相似。這種皮膚技術的套用前景廣闊,可能會被首先用於幫助那些需要人造皮膚的人。


為機器覆蓋上一層足以以假亂真的臉並不是什麽新鮮事,只不過技術上一直存在壁壘而已。傳統的矽膠皮膚雖然在視覺上可以模仿人類皮膚,但在實際套用中,它們仍然無法達到與人類皮膚相似的柔軟度和修復能力。


科學家們在探索中發現,現存的機器人皮膚材料在固定和運動方面存在局限性。他們需要一種既能保護機器人機械部份,又能模仿人類皮膚的材料。竹內昌治教授在其研究中提出了一種仿照人體皮膚韌帶的V形穿孔結構,這種結構可以將人造皮膚與機器人機械結構緊密結合。


研究人員透過實驗,制造了一種3D面部裝置,並在其上覆蓋了含有人造皮膚的凝膠真皮溶液。經過7天的孵育,形成了固定在錨上的真皮等效物。為了模仿人類面部,裝置上還設定了小孔,填充了包含彈性材料的凝膠體,這些凝膠體模擬了人類皮膚的彈性和可動性。


科學家們還透過實驗,測試了不同直徑的穿孔型錨對固定皮膚等效物的能力。結果顯示,錨固的樣本收縮程度大大降低,而沒有錨固的樣本在7天內收縮了84.5%。這一發現對於構建穩定且能夠隨機械部件運動的人造皮膚至關重要。


此外,研究人員透過有限元法評估了錨點數量對錨固效能的影響。他們發現,錨栓的數量越多,皮膚對拉伸力的抵抗能力越強。而錨栓密度較低的區域雖然允許更大的形變,但容易產生集中的載荷。這一發現對於設計具有選擇性驅動功能的機器人皮膚,提供了重要的理論支持。


皮膚模擬技術的進步不僅僅為機器人帶來了更豐富的表情,它也為人類提供了無限的幫助。竹內教授一直認為,將活體皮膚套用於機器人,能夠使其更具有擬人特征,從而更好地服務於人。在今年的實驗中,他的團隊制造了類似人類手指的人造皮膚,這種皮膚不僅具有良好的彈性和可修復性,而且在動作中能夠模擬真實手指的起皺和拉伸。


此外,竹內教授還提出了仿照人體肌肉打造機器人雙腿的設想。這一創意催生了一種生物混合機器人,它的機械部份為骨,人體組織為皮膚和肉。雖然這種人造皮膚目前看起來有些生硬,但它邁出了讓機器人更接近人類的重要一步。人形機器人的發展方向之一就是模仿人類的外表和行為,這樣可以讓人們在與機器人互動時感到更加自然和舒適。


記者發現,科幻電影中的一些場景正逐漸成為現實。在【聊齋】的故事中,鬼怪透過畫皮技術與人類親近,這與現代科技中的人造皮膚有著異曲同工之妙。人類天生就對相似的面孔和行為模式感到親近,這使得人形機器人在醫療保健、服務和陪伴方面具有巨大的潛力。


「同舟共濟,風雨兼程」,科學家們的團隊正在努力攻克一個又一個難題,為機器人皮膚的研究開辟新天地。新加坡南洋理工大學的王一帆教授指出,這種皮膚結合賦予機器人感覺的潛力,為機器人安全地與人類互動創造了新的機會。這不僅僅是技術上的突破,更是一種對未來生活方式的大膽設想。


盡管這些實驗取得了成功,但要將這些技術套用於實際的機器人制造中,還有很長的路要走。竹內教授提到,他們需要提高人造皮膚的耐久性和壽命,解決營養和水分供應的問題,以及提高皮膚的機械強度。此外,人造皮膚最終必須能夠傳遞溫度和觸覺等感官資訊,這正是竹內教授下一個研究目標。


如果人造皮膚的研究能夠取得成功,它將不僅限於機器人制造領域。在設計假肢、治療燒傷、整容後遺癥、面癱等方面,人造皮膚都有很大的套用潛力。它甚至有可能被用於化妝品和護膚品的測試中,幫助研究、測試新的護膚品,對美容產業產生深遠的影響。

這項技術盡管目前還處於實驗階段,但它的潛力和套用前景無疑是巨大的。竹內教授和他的團隊正在朝著創造具有實際功能的皮膚邁進,這不僅是技術的勝利,更是對人類生活可能帶來的積極改變。未來,隨著技術的進步,人造皮膚可能會在多個領域開花結果,帶來意想不到的驚喜。