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科学家用人类活体皮肤给机器人做脸?未来已来!

2024-07-13科技
#图文夏日征集令#在日本东京大学,一场科技革新正在进行。竹内昌治教授和河合道雄带领的团队,突破了常规,利用活体人类皮肤细胞组织,为机器人制作了一张能够表达笑容、动作与皱纹的「脸」。这不是科幻,是现实,一张与人类皮肤触感相似的机器人脸部皮肤被创造出来,其细腻程度令观察者惊叹。


这个创造引发了热烈讨论,在网上掀起了波澜。人们将这一成果与电影【终结者】中的场景相比较,因为他们惊奇地发现,机器人的面部表情竟然与施瓦辛格的微笑如此相似。这种皮肤技术的应用前景广阔,可能会被首先用于帮助那些需要人造皮肤的人。


为机器覆盖上一层足以以假乱真的脸并不是什么新鲜事,只不过技术上一直存在壁垒而已。传统的硅胶皮肤虽然在视觉上可以模仿人类皮肤,但在实际应用中,它们仍然无法达到与人类皮肤相似的柔软度和修复能力。


科学家们在探索中发现,现存的机器人皮肤材料在固定和运动方面存在局限性。他们需要一种既能保护机器人机械部分,又能模仿人类皮肤的材料。竹内昌治教授在其研究中提出了一种仿照人体皮肤韧带的V形穿孔结构,这种结构可以将人造皮肤与机器人机械结构紧密结合。


研究人员通过实验,制造了一种3D面部装置,并在其上覆盖了含有人造皮肤的凝胶真皮溶液。经过7天的孵育,形成了固定在锚上的真皮等效物。为了模仿人类面部,装置上还设置了小孔,填充了包含弹性材料的凝胶体,这些凝胶体模拟了人类皮肤的弹性和可动性。


科学家们还通过实验,测试了不同直径的穿孔型锚对固定皮肤等效物的能力。结果显示,锚固的样本收缩程度大大降低,而没有锚固的样本在7天内收缩了84.5%。这一发现对于构建稳定且能够随机械部件运动的人造皮肤至关重要。


此外,研究人员通过有限元法评估了锚点数量对锚固性能的影响。他们发现,锚栓的数量越多,皮肤对拉伸力的抵抗能力越强。而锚栓密度较低的区域虽然允许更大的形变,但容易产生集中的载荷。这一发现对于设计具有选择性驱动功能的机器人皮肤,提供了重要的理论支持。


皮肤模拟技术的进步不仅仅为机器人带来了更丰富的表情,它也为人类提供了无限的帮助。竹内教授一直认为,将活体皮肤应用于机器人,能够使其更具有拟人特征,从而更好地服务于人。在今年的实验中,他的团队制造了类似人类手指的人造皮肤,这种皮肤不仅具有良好的弹性和可修复性,而且在动作中能够模拟真实手指的起皱和拉伸。


此外,竹内教授还提出了仿照人体肌肉打造机器人双腿的设想。这一创意催生了一种生物混合机器人,它的机械部分为骨,人体组织为皮肤和肉。虽然这种人造皮肤目前看起来有些生硬,但它迈出了让机器人更接近人类的重要一步。人形机器人的发展方向之一就是模仿人类的外表和行为,这样可以让人们在与机器人互动时感到更加自然和舒适。


记者发现,科幻电影中的一些场景正逐渐成为现实。在【聊斋】的故事中,鬼怪通过画皮技术与人类亲近,这与现代科技中的人造皮肤有着异曲同工之妙。人类天生就对相似的面孔和行为模式感到亲近,这使得人形机器人在医疗保健、服务和陪伴方面具有巨大的潜力。


「同舟共济,风雨兼程」,科学家们的团队正在努力攻克一个又一个难题,为机器人皮肤的研究开辟新天地。新加坡南洋理工大学的王一帆教授指出,这种皮肤结合赋予机器人感觉的潜力,为机器人安全地与人类互动创造了新的机会。这不仅仅是技术上的突破,更是一种对未来生活方式的大胆设想。


尽管这些实验取得了成功,但要将这些技术应用于实际的机器人制造中,还有很长的路要走。竹内教授提到,他们需要提高人造皮肤的耐久性和寿命,解决营养和水分供应的问题,以及提高皮肤的机械强度。此外,人造皮肤最终必须能够传递温度和触觉等感官信息,这正是竹内教授下一个研究目标。


如果人造皮肤的研究能够取得成功,它将不仅限于机器人制造领域。在设计假肢、治疗烧伤、整容后遗症、面瘫等方面,人造皮肤都有很大的应用潜力。它甚至有可能被用于化妆品和护肤品的测试中,帮助研究、测试新的护肤品,对美容产业产生深远的影响。

这项技术尽管目前还处于实验阶段,但它的潜力和应用前景无疑是巨大的。竹内教授和他的团队正在朝着创造具有实际功能的皮肤迈进,这不仅是技术的胜利,更是对人类生活可能带来的积极改变。未来,随着技术的进步,人造皮肤可能会在多个领域开花结果,带来意想不到的惊喜。