นิ้วหุ่นยนต์ที่ห่อหุ้มด้วย "ผิวหนังที่มีชีวิต" ชิ้นแรกของโลก




สารเคลือบคล้ายผิวหนังสามารถซ่อมแซมตัวเองได้เช่นเดียวกับผิวหนังมนุษย์ (Cr.Shoji Takeuchi)
 
  
อาจฟังดูเหมือนเป็นบางสิ่งที่มาจากอาณาจักรของภาพยนตร์ไซไฟคลาสสิก เช่น Blade Runner หรือ Ex Machina แต่ศาสตราจารย์ Shoji Takeuchi 
นักวิจัยภาควิชาระบบเครื่องกลและการทำงานทางชีวภาพจากมหาวิทยาลัยโตเกียว กำลังนำหุ่นยนต์เข้าใกล้ขั้นตอนสำคัญด้วยการสร้างผิวหนังมนุษย์ที่มีชีวิตบนหุ่นยนต์ โดยนำเสนอนิ้วหุ่นยนต์ที่เคลือบด้วย "ผิวหนังที่มีชีวิต" หรือที่รู้จักกันว่าต้นแบบของผิวหนังที่สร้างจากเซลล์มนุษย์ที่มีชีวิตจริง วิธีการที่พัฒนาขึ้นนี้นำเสนอในวารสาร Matter เมื่อวันที่ 9 มิถุนายนที่ผ่านมา ซึ่งไม่เพียงทำให้นิ้วของหุ่นยนต์มีพื้นผิวที่เหมือนผิวหนังมนุษย์เท่านั้น แต่ยังมีคุณสมบัติกันน้ำและรักษาตัวเองได้อีกด้วย
  
ศาสตราจารย์ Shoji Takeuchi กล่าวว่า เนื่องจากหุ่นยนต์มีบทบาทมากขึ้นในฐานะพยาบาล เจ้าหน้าที่ดูแล ครู และงานอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการติดต่อส่วนตัวอย่างใกล้ชิด ดังนั้นต้องทำให้ดูเป็นมนุษย์มากขึ้น เราจึงรู้สึกสบายใจที่จะโต้ตอบกับพวกมัน ทุกวันนี้ บางครั้งหุ่นยนต์ถูกเคลือบด้วยยางซิลิโคนเพื่อให้
มีลักษณะเหมือนเนื้อหนังเพื่อสามารถเลียนแบบรูปลักษณ์ของมนุษย์ได้ แต่ยังขาดเนื้อสัมผัสของผิวหนังมนุษย์และยังขาดคุณสมบัติเฉพาะของผิวหนัง ขณะที่ความพยายามในการผลิตแผ่นผิวหนังที่มีชีวิตเพื่อให้ครอบคลุมหุ่นยนต์มีความสำเร็จที่จำกัด และการปรับให้เข้ากับวัตถุแบบไดนามิกที่มีพื้นผิวไม่เรียบนั้นเป็นเรื่องยาก นี่จึงเป็นความท้าทายอย่างมาก

กล่าวคือ แม้ว่าวัสดุที่อ่อนนุ่มเช่น ซิลิโคน จะแข็งแรงและยืดหยุ่นพอที่จะรองรับการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ แต่ก็ไม่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้หากเกิดการฉีกขาด อีกทั้งการหาซิลิโคนแผ่นเรียบอย่างถุงมือเพื่อให้พอดีกับร่างกายที่เป็นปุ่มเป็นปมของหุ่นยนต์ก็เป็นเรื่องยาก ที่สำคัญ สารเคลือบคล้ายผิวหนังไม่ได้ประกอบด้วยส่วนประกอบทั้งหมดของผิวหนังมนุษย์ที่มี hypodermis ซึ่งเป็นชั้นที่ลึกที่สุดของผิวหนังและหลอดเลือด นักวิจัยจึงสงสัยว่ามันจะทนทานต่อกาลเวลาหรือไม่ หากไม่มีสิ่งที่สามารถให้วิธีการคงอยู่ได้ 

 
ผิวหนังชั้นหนังแท้ (Dermis) ของคุณคือชั้นกลางของผิวหนังในร่างกายของคุณ มันมีจุดประสงค์ที่แตกต่างกันมากมาย
 รวมถึงการปกป้องร่างกายของคุณจากอันตราย สนับสนุนหนังกำพร้าของคุณ ความรู้สึกที่แตกต่าง การผลิตเหงื่อและเส้นขน
 

อย่างไรก็ตาม Dr.Nicole Robinson ผู้เชี่ยวชาญด้านปฏิสัมพันธ์ระหว่างหุ่นยนต์กับมนุษย์ที่มหาวิทยาลัย Monash ให้ความเห็นว่า ความคิดในการทำให้หุ่นยนต์เป็นมนุษย์ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เป็นเป้าหมายหลักสำหรับนักวิทยาการหุ่นยนต์ การให้คุณสมบัติของมนุษย์แก่หุ่นยนต์ไม่ได้เป็นเพียงการทำให้หุ่นยนต์มีความสัมพันธ์กับมนุษย์มากขึ้นเท่านั้น แต่ยังช่วยให้พวกมันทำงานต่างๆ ได้อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพมากขึ้นเช่นกัน
 
ดังนั้น ในการสร้างผิวเหมือนมนุษย์ที่ดูสมจริงยิ่งขึ้นตั้งแต่เริ่มต้น ศาสตราจารย์ Takeuchi และทีมของเขาอาศัยองค์ประกอบหลัก2 ประการของผิวหนังชั้นนอกสุดหรือผิวหนังแท้ (dermis) นั่นคือ คอลลาเจนและ fibroblasts ของผิวหนัง (เซลล์สร้างเส้นใยที่มีบทบาทสำคัญยิ่งในการสมานแผล) ในขณะที่คอลลาเจนเป็นโปรตีนที่ช่วยให้โครงสร้างและความยืดหยุ่นของผิว  fibroblasts ที่ผิวหนังจะมีบทบาทในการซ่อมแซมบาดแผล
  
ตามกระบวนการ เมื่อทีมงานจุ่มนิ้วของหุ่นยนต์ลงในสารละลายที่มีส่วนประกอบทั้งสองนี้ ภายในสามวันของเหลวจะหดตัวและขึ้นพันรอบนิ้วเหมือนพันผ้า ทำให้เกิดชั้นเหมือนหนังแท้ จากนั้น นักวิจัยเคลือบนิ้วด้วยเซลล์ผิวหนังที่เรียกว่า keratinocytes ซึ่งประกอบขึ้นมากกว่า 90% ของเซลล์ของหนังกำพร้าที่เป็นชั้นนอกสุดของผิวหนังที่กันน้ำได้แบบเดียวกับผิวของเรา เพื่อให้หุ่นยนต์มีเนื้อสัมผัสเหมือนผิวหนังและมีคุณสมบัติเป็นเกราะป้องกันความชื้น หลังจากทีมงานได้ทำการทดสอบสารเคลือบที่เหมือนผิวหนังดังกล่าวทั้งหมด พวกเขาพบว่ามันยืดหยุ่นพอที่จะยืดและย่นเมื่อขยับนิ้วของหุ่นยนต์
  

ภาพประกอบแสดงกระบวนการตัดและการรักษาของนิ้วหุ่นยนต์ (A) โครงสร้างการยึด (B) และกระบวนการผลิต (C) 
© 2022 Takeuchi et al. 


และเพื่อทดสอบว่าสารเคลือบสามารถกันน้ำได้ดีเพียงใด นักวิจัยได้วางเม็ดโฟม polystyrene ขนาดเล็กไว้ข้างหน้านิ้วเพื่อดูว่านิ้วจะสะบัดออกไปได้หรือไม่ อย่างไรก็ตาม เป็นที่รู้กันว่า เม็ดพลาสติก polystyrene นั้นมักจะใช้ยากสำหรับหุ่นยนต์ที่เคลือบด้วยสารเคลือบเปียก เนื่องจากมันจะติดอยู่บนพื้นผิวของหุ่นยนต์ แต่ในกรณีนี้ นิ้วสามารถสะบัดลูกปัดออกไปได้สำเร็จ จึงยืนยันได้ว่าผิวด้านนอกสามารถขับไล่น้ำได้เช่นเดียวกับของเรา ในการเปรียบเทียบให้ชัดเจน ทีมงานใช้นิ้วหุ่นยนต์อีกตัวที่มีชั้นเหมือนหนังแท้เช่นกัน แต่ไม่มีชั้นหนังกำพร้า (epidermis) อยู่ด้านบน หลังจากที่นิ้วใช้ความพยายามอย่างดีที่สุดในการสะบัดหลายครั้ง แต่เม็ดพลาสติกกลับติดสนิทอยู่ที่ปลายนิ้ว
  
ต่อมาเป็นการทดสอบขั้นสุดท้ายคือ การค้นหาว่าสารเคลือบคล้ายผิวหนังนี้สามารถรักษาตัวเองได้หรือไม่ ทีมงานได้ใช้มีดผ่าตัดตัดข้อต่อตรงกลางของหุ่นยนต์เล็กน้อย แล้วพันด้วยวัสดุผิวหนังเทียมคอลลาเจน (collagen fiber) ซึ่งเป็นวิธีการทั่วไปในการรักษาบาดแผลจริง หลังจากใช้เวลาหนึ่งสัปดาห์ในจานเพาะเชื้อ collagen fiber ก็แปรสภาพเป็นผิวหนังและสนับสนุนทางกายภาพโดยรองรับการเคลื่อนไหวของข้อต่อหลายครั้ง
 
น่าเศร้าที่ผิวหนังเป็นวัสดุที่มีชีวิต มันไม่สามารถอยู่รอดบนนิ้วของหุ่นยนต์ได้นานเกินไปโดยไม่ได้รับสารหล่อเลี้ยงอย่างต่อเนื่องและวิธีควบคุมการเสื่อมสภาพ ซึ่งศาสตราจารย์ Takeuchi กับทีมของเขาหวังว่าจะแก้ไขปัญหานี้ได้ โดยกำลังเริ่มคิดหาวิธีสร้าง "ระบบไหลเวียนโลหิต" ในผิวหนังของหุ่นยนต์
โดยอาจสร้างช่องใต้ผิวหนังที่สามารถให้น้ำและสารอาหารได้ พวกเขายังต้องการสร้างต่อมเหงื่อเทียมที่สามารถช่วยให้ผิวชุ่มชื้นในสภาพแวดล้อมที่แห้งเพราะเซลล์จะตายหากขาดน้ำ รวมถึงในอนาคตข้างหน้า ทีมงานยังมองหาการเพิ่มคุณสมบัติอื่นๆ เช่น รูขุมขนและเล็บเพื่อให้ผิวหนังดูสมจริงยิ่งขึ้น และรวมเอาเส้นประสาทที่จะทำให้หุ่นยนต์สัมผัสและตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมได้ 
 

ภาพถ่ายแสดงขั้นตอนของการซ่อมแซมหลังจากตัดนิ้วทดสอบและติดคอลลาเจนส่วนเล็กๆ ในจานเพาะที่เป็นของเหลว 
©2022 Takeuchi et al. Credit: ©2022 Takeuchi et al.
 

นอกจากนี้ ศาสตราจารย์ Takeuchi ยังกล่าวเสริมว่า ในอนาคตนักวิจัยวางแผนที่จะลองเคลือบหุ่นยนต์ทั้งตัวในผิวหนังที่มีชีวิต แต่เนื่องจากสาขาการวิจัยนี้มีศักยภาพที่จะสร้างความสัมพันธ์ใหม่ระหว่างมนุษย์กับหุ่นยนต์ จึงต้องพิจารณาความเสี่ยงและประโยชน์ของการทำให้เป็นจริงที่มากเกินไปด้วย 
  
แม้ว่าต้นแบบของทีมจะยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น การปล่อยให้มันสามารถรักษาตัวเองได้โดยปราศจากความช่วยเหลือจากภายนอก ถือเป็นอุปสรรคสำคัญที่ยังต้องข้ามผ่าน แต่ก็อาจเป็นก้าวที่สดใสสำหรับหุ่นยนต์รุ่นต่อไป อย่างไรก็ตาม ศาสตราจารย์ Takeuchi กับทีมของเขายังหวังว่าแนวคิดเรื่องผิวที่มีชีวิตของพวกเขา วันหนึ่งอาจเข้าถึงแง่มุมทางจิตใจของการสร้างหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ด้วยการเพิ่มเซลล์ประสาทรับความรู้สึก เพื่อเชื่อมต่อกับสมองหุ่นยนต์ในอนาคต ซึ่งจะเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดอีกครั้ง

การวิจัยนี้เป็นเพียงขั้นตอนแรกสุดในการสร้างบอทฮิวแมนนอยด์ที่น่าเชื่อถือ แต่ชั้นของผิวหนังมนุษย์ที่ปกคลุมนิ้วนั้นมีความทนทานน้อยกว่าผิวหนังมนุษย์ตามธรรมชาติมาก และหุ่นยนต์ก็ไม่สามารถจัดหาสารอาหารที่คงอยู่ซึ่งจะทำให้มันพัฒนาและสร้างใหม่ให้กับตัวเองได้ ผลที่ได้คือมันอยู่ได้ไม่นานนัก แต่นักวิจัยหวังว่าจะปรับปรุงอายุขัยของมันด้วยการทำซ้ำในอนาคตที่รวมโครงสร้างและการทำงานที่ซับซ้อนมากขึ้น รวมถึงเซลล์ประสาทที่สัมผัสได้ สีผิวที่แตกต่างกันโดยการเพิ่มเมลาโนไซต์ และแม้แต่ต่อมเหงื่อ ไปจนถึงสักวันหนึ่ง หุ่นยนต์อาจส่งกลิ่นเหม็นเหมือนที่เราทำ
  

  
คลิกเพื่อดูคลิปวิดีโอ
 
Cr.https://www.tempobioscience.com/blog/keratinocytes-their-purpose-their-subtypes-and-their-lifecycle/ 
Cr.https://gizmodo.com/robot-finger-real-human-skin-1849006817 
Cr.https://www.abc.net.au/news/science/2022-06-10/robotic-finger-wrapped-with-living-human-skin-by-scientists/101129954 
Cr.https://ca.sports.yahoo.com/news/future-robots-could-wear-living-154415209.html 
Cr.https://todaynewspost.net/news/science-news/scientists-covered-a-robot-finger-in-living-human-skin/ 
Cr.https://www.eurekalert.org/news-releases/954611
Cr.https://newsazi.com/scientists-craft-living-human-skin-for-robots/
  
(ขอขอบคุณที่มาของข้อมูลทั้งหมดและขออนุญาตนำมา)
แสดงความคิดเห็น
โปรดศึกษาและยอมรับนโยบายข้อมูลส่วนบุคคลก่อนเริ่มใช้งาน อ่านเพิ่มเติมได้ที่นี่