רובוטיקה מהדור הבא: מדענים מפתחים עור שמרפא, מרגיש ונראה אנושי

מדענים פיתחו שיטה להצמדת עור מהונדס לרובוטים, לשיפור הפונקציונליות והמראה שלהם.

חוקרים יפנים פיתחו שיטה לקשור רקמת עור מהונדסת לרובוטים דמויי אדם, תוך שיפור הניידות, יכולות הריפוי העצמי והיכולות החושיות שלהם. טכניקה זו כוללת נקבים מיוחדים המאפשרים לעור להיצמד טוב יותר ולנוע עם החלקים המכניים של הרובוט. ההתקדמות עשויה להשפיע באופן משמעותי על מחקר רפואי, בדיקות קוסמטיות ופיתוח רובוטים דמויי חיים יותר.

התקדמות במערכות ביו-היברידיות

את המחקר הוביל פרופסור שוג'י טאקוצ'י מאוניברסיטת טוקיו, חלוץ בתחום הרובוטיקה הביו-היברידית. המעבדה שלו, Biohybrid Systems Laboratory, יצרה מיני רובוטים ההולכים באמצעות רקמת שריר ביולוגית, בשר שגודל במעבדה מודפס בתלת מימד, עור מהונדס שיכול לרפא ועוד. במהלך מחקר על אחרון הפריטים הללו הרגיש Takeuchi צורך לקחת את הרעיון של עור רובוטי קדימה כדי לשפר את התכונות והיכולות שלו.

"במהלך מחקר קודם על רובוט בצורת אצבע מכוסה ברקמת עור מהונדסת שגידלנו במעבדה שלנו, הרגשתי צורך בהיצמדות טובה יותר בין התכונות הרובוטיות למבנה התת עורי של העור", אמר טאקוצ'י. "על ידי חיקוי מבנים של רצועות עור אנושיות ובאמצעות נקבים בצורת V שנעשו במיוחד בחומרים מוצקים, מצאנו דרך לקשור את העור למבנים מורכבים. הגמישות הטבעית של העור ושיטת ההדבקה החזקה גורמים לכך שהעור יכול לנוע עם המרכיבים המכניים של הרובוט מבלי להיקרע או להתקלף".

טכניקות חדשניות להצמדת עור

שיטות קודמות להצמדת רקמת עור למשטחים מוצקים כללו דברים כמו מיני עוגנים או ווים, אך אלה הגבילו את סוגי המשטחים שעלולים לקבל ציפוי עור ועלולים לגרום לנזק במהלך תנועה. על ידי הנדסה קפדנית של נקבים קטנים במקום זאת, למעשה ניתן למרוח עליו עור על כל צורה של משטח. הטריק שהצוות השתמש בו היה להשתמש בג'ל קולגן מיוחד להדבקה, שהוא באופן טבעי צמיג כל כך קשה להזין אותו לתוך הנקבים הזעירים. אבל באמצעות טכניקה נפוצה להדבקה פלסטית נקרא פְּלַסמָה בטיפול, הם הצליחו לשדל את הקולגן לתוך המבנים העדינים של הנקבים תוך החזקה של העור קרוב למשטח המדובר.

"מניפולציה של רקמות ביולוגיות רכות ורטובות במהלך תהליך הפיתוח היא הרבה יותר קשה ממה שאנשים מחוץ לתחום עשויים לחשוב. לדוגמה, אם לא נשמר סטריליות, חיידקים יכולים להיכנס והרקמה תמות", אמר טאקוצ'י. "עם זאת, עכשיו כשאנחנו יכולים לעשות זאת, עור חי יכול להביא מגוון של יכולות חדשות לרובוטים. ריפוי עצמי הוא עניין גדול – ניתן לגרום לכמה חומרים המבוססים על כימיקלים לרפא את עצמם, אבל הם דורשים טריגרים כמו חום, לחץ או אותות אחרים, והם גם לא מתרבים כמו תאים. עור ביולוגי מתקן חתכים קלים כמו שלנו, וניתן להוסיף עצבים ואיברי עור אחרים לשימוש בחישה וכן הלאה".

השלכות עתידיות ושיפורים

המחקר הזה לא נעשה רק כדי להוכיח נקודה. לטאקוצ'י והמעבדה שלו יש מטרה ליישום זה שיכול לעזור בכמה תחומים של מחקר רפואי. הרעיון של איבר-על-שבב אינו חדש במיוחד ומוצא שימוש בדברים כמו פיתוח תרופות, אבל משהו כמו פנים-על-שבב יכול להיות שימושי במחקר על הזדקנות העור, קוסמטיקה, פרוצדורות כירורגיות, פלסטיק ניתוח ועוד. כמו כן, אם ניתן להטמיע חיישנים, רובוטים עשויים להיות ניחנים במודעות סביבתית טובה יותר וביכולות אינטראקטיביות משופרות.

"במחקר זה, הצלחנו לשחזר את המראה האנושי במידה מסוימת על ידי יצירת פנים עם אותו חומר ומבנה פנים כמו בני אדם", אמר טאקוצ'י. "בנוסף, באמצעות המחקר הזה, זיהינו אתגרים חדשים, כמו הצורך בקמטים על פני השטח ואפידרמיס עבה יותר כדי להשיג מראה אנושי יותר. אנו מאמינים שניתן להשיג יצירת עור עבה וריאליסטי יותר על ידי שילוב בלוטות זיעה, בלוטות חלב, נקבוביות, כלי דם, שומן ועצבים. כמובן שגם תנועה היא גורם מכריע, לא רק החומר, ולכן אתגר חשוב נוסף הוא יצירת ביטויים אנושיים על ידי שילוב מפעילים מתוחכמים, או שרירים, בתוך הרובוט. יצירת רובוטים שיכולים לרפא את עצמם, לחוש את הסביבה שלהם בצורה מדויקת יותר ולבצע משימות במיומנות אנושית היא מעוררת מוטיבציה להפליא".

מימון: עבודה זו נתמכה על ידי JSPS Grants-in-Aid for Scientific (KAKENHI), מספר המענק 21H05013 ו-24K21079.