皮肤等效物是由细胞和细胞外基质组成的活体皮肤模型，由于其生物功能特性，它具有成为机器人理想覆盖材料的潜力。为了将皮肤等效物用作机器人的覆盖材料，需要一种将它们牢固地固定在底层结构上的可靠方法。
2024年6月25日，
东京大学
研究人员
在
Cell Reports Physical Science
在线发表题为“
Perforation-type anchors inspired by skin ligament for robotic face covered with living skin
”的研究论文，同时
该成果被
Nature
以“
Smile! Living skin helps robot make a happy face
”为题，作为研究亮点报道。
该研究开发了一种基于皮肤韧带结构的穿孔型锚，作为有效地将皮肤等效物粘附到机器人表面的技术。为了展示穿孔型锚在三维（3D）覆盖应用中的多功能性，作者使用穿孔型锚将具有复杂表面结构的3D面部模具覆盖上皮肤等效物。
此外，作者使用穿孔型锚构建了一个覆盖有真皮等效物的机器人面部，可以通过其表达微笑，从而实现动作控制。通过上述结果，这项研究提出了一种使用穿孔型锚将皮肤等效物粘附并进行动作控制的方法，这可能有助于推进生物混合机器人技术的发展。
机器人皮肤材料具有多种功能，尤其是用于类人机器人时，要求其具备在人类环境中操作的类似人类的能力。随着时间的推移，已经开发出各种模仿这些能力的机器人（例如，触觉敏感性、自我修复、出汗和类人外观）。与现有的机器人皮肤材料相比，使用培养皮肤预计能够实现人类皮肤的综合生物功能。
这种方法的一个特别值得注意的方面是它能够赋予机器人生物皮肤固有的自我修复能力。在不可预测的环境中，机器人皮肤不可避免地会受到轻微的划痕和损伤，如果不加以处理，这些轻微损伤可能会升级为严重的损伤。因此，自我修复能力成为类人机器人的一个关键特征。
为了将培养皮肤应用于机器人，有必要构建三维（3D）皮肤等效物，而不是传统的二维（2D）组织。目前，
涉及将皮肤收缩到物体周围的成型技术已被用于创建3D皮肤等效物，这些等效物可以均匀地包裹如机器人手指和凹槽等3D结构。
然而，这些方法缺乏将皮肤固定到皮下层的机制，使得皮肤容易受到外力的显著变形，增加了损坏的风险。虽然突出锚是传统的组织固定方法，但它们存在突出外部且难以放置在凹面上的缺点，这损害了机器人的光滑外观和设计灵活性。
机理模式图（图源自
Cell Reports Physical Science
）
在本文中，作者
描述了一种采用“穿孔型锚”的方法，灵感来自皮肤韧带。
皮肤韧带主要由胶原蛋白和弹性蛋白组成，是将皮肤固定到下层组织的小型连接组织。通过模仿这种结构
，作者的方法通过消除传统突出锚的缺点并保持机器人的美观完整性，提供了更少限制的放置。
这涉及将含有皮肤形成细胞的凝胶应用到机器人结构中设计的V形孔上并渗透到这些孔中。
作者还引入了一种基于水蒸气的等离子处理来增强凝胶对这些孔的渗透性。
在这里，作者通过收缩和拉伸测试建立了锚尺寸与其固定效果之间的相关性。此外，作者通过两个不同的应用展示了这种锚固方法的多功能性：使用覆盖皮肤等效物的3D面部模具构建3D皮肤，以及在设计为展示微笑表情的机器人面部上的真皮驱动。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.102066
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