Robótica de última geração: cientistas desenvolvem pele que cura, tem toque e aparência humana

Cientistas desenvolveram um método para anexar pele projetada a robôs, melhorando sua funcionalidade e aparência.

Pesquisadores japoneses desenvolveram um método para ligar tecido de pele projetado a robôs humanoides, aumentando sua mobilidade, habilidades de autocura e capacidades sensoriais. Essa técnica envolve perfurações especiais que permitem que a pele adira melhor e se mova com as partes mecânicas do robô. Os ​​avanços podem impactar significativamente a pesquisa médica, os testes cosméticos e o desenvolvimento de robôs mais realistas.

Avanços em sistemas biohíbridos

A pesquisa foi liderada pelo Professor Shoji Takeuchi da Universidade de Tóquio, um pioneiro no campo da robótica biohíbrida. Seu laboratório, o Biohybrid Systems Laboratory, criou mini robôs que caminhar usando tecido muscular biológico, Carne cultivada em laboratório impressa em 3D, pele projetada que pode curare mais. Foi durante a pesquisa sobre o último desses itens que Takeuchi sentiu a necessidade de levar a ideia da pele robótica mais adiante para melhorar suas propriedades e capacidades.

“Durante pesquisas anteriores sobre um robô em forma de dedo coberto por tecido de pele projetado que cultivamos em nosso laboratório, senti a necessidade de melhor adesão entre as características robóticas e a estrutura subcutânea da pele”, disse Takeuchi. “Ao imitar estruturas de ligamentos da pele humana e ao usar perfurações em forma de V especialmente feitas em materiais sólidos, encontramos uma maneira de unir a pele a estruturas complexas. A flexibilidade natural da pele e o forte método de adesão significam que a pele pode se mover com os componentes mecânicos do robô sem rasgar ou descascar.”

O tecido de pele projetado e a maneira como ele adere à estrutura complexa subjacente das características do robô foram inspirados por ligamentos de pele em tecidos humanos. Crédito: ©2024 Takeuchi et al. CC-BY-ND

Técnicas inovadoras de fixação de pele

Métodos anteriores para fixar tecido da pele a superfícies sólidas envolviam coisas como mini âncoras ou ganchos, mas estes limitavam os tipos de superfícies que poderiam receber revestimentos de pele e poderiam causar danos durante o movimento. Ao projetar cuidadosamente pequenas perfurações, essencialmente qualquer formato de superfície pode ter pele aplicada a ela. O truque que a equipe empregou foi usar um gel de colágeno especial para adesão, que é naturalmente viscoso, então é difícil de alimentar as minúsculas perfurações. Mas usando uma técnica comum para adesão plástica chamada plasma tratamento, eles conseguiram induzir o colágeno nas estruturas finas das perfurações, ao mesmo tempo em que mantinham a pele próxima à superfície em questão.

O novo método de ancoragem permite que o tecido flexível da pele se adapte a qualquer formato ao qual esteja preso. Neste caso, um rosto robótico relativamente plano é feito para sorrir e a pele se deforma sem restringir o robô, retornando ao seu formato original depois. Crédito: ©2024 Takeuchi et al. CC-BY-ND

“Manipular tecidos biológicos macios e úmidos durante o processo de desenvolvimento é muito mais difícil do que as pessoas de fora da área podem pensar. Por exemplo, se a esterilidade não for mantida, bactérias podem entrar e o tecido morrerá”, disse Takeuchi. “No entanto, agora que podemos fazer isso, a pele viva pode trazer uma série de novas habilidades para robôs. A autocura é um grande negócio — alguns materiais baseados em produtos químicos podem ser feitos para se curarem, mas eles requerem gatilhos como calor, pressão ou outros sinais, e eles também não proliferam como células. A pele biológica repara pequenas lacerações como a nossa, e nervos e outros órgãos da pele podem ser adicionados para uso em detecção e assim por diante.”

Outros métodos para ligar tecido da pele a estruturas sólidas vêm com limitações. Este novo método pode funcionar em superfícies complexas, curvas e até mesmo móveis. Crédito: ©2024 Takeuchi et al. CC-BY-ND

Implicações e melhorias futuras

Esta pesquisa não foi feita apenas para provar um ponto, no entanto. Takeuchi e seu laboratório têm um objetivo em mente para esta aplicação que pode ajudar em várias áreas da pesquisa médica. A ideia de um órgão em um chip não é especialmente nova e encontra uso em coisas como desenvolvimento de medicamentos, mas algo como um rosto em um chip pode ser útil em pesquisas sobre envelhecimento da pele, cosméticos, procedimentos cirúrgicos, cirurgia plástica e muito mais. Além disso, se os sensores puderem ser incorporados, os robôs podem ser dotados de melhor consciência ambiental e capacidades interativas aprimoradas.

“Neste estudo, conseguimos replicar a aparência humana até certo ponto, criando um rosto com o mesmo material de superfície e estrutura dos humanos”, disse Takeuchi. “Além disso, por meio desta pesquisa, identificamos novos desafios, como a necessidade de rugas superficiais e uma epiderme mais espessa para atingir uma aparência mais humana. Acreditamos que criar uma pele mais espessa e realista pode ser alcançada pela incorporação de glândulas sudoríparas, glândulas sebáceas, poros, vasos sanguíneos, gordura e nervos. Claro, o movimento também é um fator crucial, não apenas o material, então outro desafio importante é criar expressões humanas integrando atuadores sofisticados, ou músculos, dentro do robô. Criar robôs que podem se curar, sentir seu ambiente com mais precisão e executar tarefas com destreza humana é incrivelmente motivador.”

Referência: “Âncoras do tipo perfuração inspiradas em ligamentos de pele para rosto robótico coberto com pele viva” por Michio Kawai, Minghao Nie, Haruka Oda e Shoji Takeuchi, 25 de junho de 2024, Relatórios de Células Ciência física.
DOI: 10.1016/j.xcrp.2024.102066

Financiamento: Este trabalho foi apoiado pelo JSPS Grants-in-Aid for Scientific (KAKENHI), número de subsídio 21H05013 e 24K21079.