Ученые использовали «живую человеческую кожу», чтобы сделать лицо робота. Он улыбался и заставлял меня плакать.

Недавно японские ученые создали «лицо» робота, которое может улыбаться, двигаться и иметь морщины.

Многие пользователи сети подумали о «Терминаторе», увидев его. В конце концов, улыбка на фотографии действительно похожа на игру Шварценеггера в «Терминаторе».

На самом деле это не из научно-фантастического фильма, а «лицо робота», созданное командой профессора Сёдзи Такеучи и Митио Каваи из Токийского университета в Японии с использованием живых тканей клеток кожи человека.

И это лицо, скорее всего, будет использовано в первую очередь на людях.

Как надеть на робота «человеческую кожу»

Уже более десяти лет исследователи робототехники экспериментируют с различными материалами, надеясь найти тот, который сможет защитить сложные механизмы роботов, оставаясь при этом достаточно мягким и легким, но прогресс был медленным.

Хотя нынешняя силиконовая кожа роботов может в определенной степени имитировать человеческую кожу, деталей по-прежнему недостаточно. Мало того, что трудно добиться надлежащего сцепления с машиной, но если поверхность поцарапана, это часто влияет на механическую функцию. ., и это может легко привести непосредственно к «эффекту зловещей долины».

Как мы можем говорить о служении людям, если видим робота, который пугает людей?

Японский ученый Сёдзи Такеучи описал этот метод в своей статье «Якоря перфорационного типа, вдохновленные кожной связкой для роботизированного лица, покрытого живой кожей (Якоря перфорационного типа, вдохновленные кожной связкой для роботизированного лица, покрытого живой кожей)», поскольку кожа, которую он создает, представляет собой смесь клеток человеческой кожи, она выглядит и ощущается очень похожей на человеческую кожу и в значительной степени решает проблему фиксации кожи робота.

У людей имеется огромная сеть связок, которая фиксирует кожу к подлежащим мышцам и тканям. Исследователи последовали этой идее и разработали V-образную перфорированную структуру, сказал профессор Такеучи:

Имитируя связочную структуру человеческой кожи и используя специально разработанные V-образные перфорации в твердом материале, мы нашли способ объединить искусственную кожу с механическими структурными конструкциями. Конструкция V-образных перфораций имитирует структуру связок кожи человека, позволяя коже двигаться вместе с механическими частями робота, не разрывая и не отслаиваясь.

Исследователи также проверили и оценили способность этого перфорированного фиксатора фиксировать кожные ткани посредством серии экспериментов:

Во-первых, чтобы продемонстрировать универсальность перфорированных анкеров на 3D-объектах, покрывающих сложные контуры, исследователи изготовили 3D-устройство для лица, покрытое эквивалентами кожи.

Дермальный эквивалент, зафиксированный на якоре, формировали путем заливки гель-дермального раствора и инкубации в течение 7 дней. Чтобы имитировать структуру человеческого лица, они также проделали в лице робота несколько небольших отверстий и заполнили их большим количеством геля, содержащего эластичные материалы.

Затем искусственные эпидермальные кератиноциты инокулировали в дерму и культивировали в течение 17 дней, в конечном итоге формируя роботизированную кожу со слоями дермы и эпидермиса.

Исследование отметило, что равномерная толщина пространства для инъекции коллагена имеет решающее значение для достижения равномерного покрытия, и обнаружило, что эквиваленты кожи различаются по толщине в разных областях контура.

Эксперименты также показали, что использование перфорированных анкеров имеет решающее значение для фиксации кожных эквивалентов, в противном случае ткань будет отделяться из-за сократительных сил.

Чтобы проверить эффект перфорированных фиксаторов на подавление усадки кожи, исследователи изготовили устройства с перфорированными фиксаторами разного диаметра (1 мм, 3 мм и 5 мм) и ввели в устройство коллагеновый гель, содержащий фибробласты нормальной кожи человека, для формирования эквивалента дермы. усадка дермального эквивалента наблюдалась в течение 7-дневного периода.

Результаты показывают, что:

• Образцы без якорей сократились на 84,5% за 7 дней, тогда как образцы с якорями сократились гораздо меньше.
• Анкер диаметром 1 мм ограничивает усадку до 33,6%.
• Анкер диаметром 3 мм дополнительно ограничивает усадку до 26,3%.
• На 5 мм степень усадки увеличилась на 32,2%.

Это может быть связано с тем, что более крупные якоря занимают большую площадь поверхности, заставляя ткань сжиматься дальше к центру.

Исследователи также оценили влияние количества точек крепления на эффективность крепления с помощью метода конечных элементов (используя технологию компьютерного моделирования для оценки и анализа влияния количества точек крепления на производительность крепления). Результаты показали:

• Чем больше количество якорей, тем более устойчива кожа к растягивающим силам.
• Когда анкерный болт находится далеко от точки напряжения, обшивка будет подвергаться значительному смещению под действием небольшой силы.

То есть области с более низкой плотностью анкеров допускают большую деформацию, но имеют тенденцию вызывать концентрированные нагрузки на один анкер. И наоборот, более высокая плотность анкера может обеспечить более сильную адгезию и меньшую деформацию.

Это демонстрирует потенциальную полезность перфорированных анкеров для избирательного воздействия на кожу лица, подобно мышцам лица человека. Другими словами, расположение якорей различной плотности на коже станет залогом «экспрессионного» дизайна на коже.

При выражении эмоций у человека кожа лица часто вызывает выражение эмоций за счет сокращения мимических мышц. На этой коже исследователи также контролировали толщину кожи, плотность опорных точек, длину опорных точек и другие факторы, чтобы выборочно деформировать кожу и воссоздать улыбку, похожую на человеческое лицо.

Почему «кожа» так важна

Фактически, профессор Такеучи всегда выступал за объединение биологических тканей человека и механических материалов для создания роботов с более антропоморфными характеристиками. он думает:

Живая кожа — идеальное решение для придания роботам биологического вида и ощущений.

В 2022 году он и его команда использовали коллаген и дермальные фибробласты для создания кожных пальцев, похожих на человеческие.

Созданная искусственная «кожа» не только обладает хорошей эластичностью, но также может сморщиваться и растягиваться при движениях пальцев, что дает людям очень близкое ощущение к настоящим пальцам.

И кожа тоже имеет определенную степень ремонтопригодности. Исследователи сделали небольшой надрез на «пальце» и обернули его коллагеновой повязкой. Оставив его в чашке Петри на неделю, коллаген смог в определенной степени восстановить кожу.

После этого эксперимента профессор Такеучи сказал:

Мы были поражены тем, насколько хорошо ткань кожи соответствовала поверхности робота.

В январе этого года он также предложил имитировать человеческие мышцы, чтобы сделать ноги робота, создав биогибридного робота механической структуры с механизмами в виде костей и человеческими тканями в виде кожи и плоти.

Хотя сегодняшняя искусственная кожа все еще кажется немного «пугающей», на самом деле, сделать роботов все более и более похожими на людей — одна из важных целей роботов-гуманоидов.

Это происходит главным образом потому, что роботы-гуманоиды могут обеспечить более естественное и дружелюбное взаимодействие, имитируя людей по внешнему виду, выражениям лица и движениям. Это сходство позволяет людям чувствовать себя более комфортно при взаимодействии с роботами, облегчая их принятие и доверие. Такеучи Сёдзи сказал:

Человеческие лица и выражения улучшают общение и эмпатию при взаимодействии человека с роботом, делая роботов более эффективными в здравоохранении, обслуживании и общении.

Например, во многих научно-фантастических фильмах реалистичная человеческая кожа стала стандартной чертой роботов-гуманоидов. Даже в «Ляо Чжай» красивая «раскрашенная кожа» является неизбежным выбором призраков, чтобы приблизиться к людям.

Очевидно, что люди, естественно, с большей вероятностью формируют эмоциональные связи со схожими лицами и моделями поведения, обеспечивая эмоциональную поддержку и общение. Имитируя человеческие выражения, голоса и язык тела, роботы-гуманоиды могут более плавно интегрироваться в рабочую среду человека, использовать те же инструменты и оборудование, что и люди, и даже исполнять роли актеров, моделей или творцов искусства.

Ван Ифань, доцент Школы машиностроения и аэрокосмической инженерии Наньянского технологического университета в Сингапуре, сказал, что эта комбинация кожи дает биогибридным роботам возможность чувствовать:

Это может дать роботам возможность чувствовать людей и безопасно взаимодействовать с ними.

Однако, хотя эксперимент оказался успешным, предстоит еще пройти долгий путь, прежде чем его можно будет использовать на роботах, сказал профессор Такеучи:

Во-первых, нам необходимо повысить прочность и долговечность культивированной кожи при ее применении к роботам, в частности, решая вопросы, связанные с питанием и увлажнением. Это может включать в себя развитие интегрированных кровеносных сосудов или других перфузионных систем внутри кожи. Во-вторых, крайне важно повысить механическую прочность кожи до уровня натуральной кожи человека. Это требует оптимизации структуры и концентрации коллагена в культивируемой коже.

Он также отметил, что для того, чтобы по-настоящему функционировать, искусственная кожа в конечном итоге должна быть способна передавать сенсорную информацию, такую ​​как температура и прикосновение, носящему ее роботу, и это следующая цель исследования профессора Такеучи. Он сказал:

Наша цель — создать кожу, которая точно имитирует функции настоящей кожи, путем постепенного создания основных компонентов, таких как кровеносные сосуды, нервы, потовые железы, сальные железы и волосяные фолликулы.

Стоит отметить, что если исследование искусственной кожи окажется успешным, ее можно будет использовать не только в производстве роботов, но и иметь большой потенциал применения в других областях, таких как проектирование и изготовление протезов, лечение ожогов, косметических последствий, паралича лицевого нерва и т. д. и т. д. Мичио Каваи экспресс:

С развитием технологий искусственного интеллекта и ряда других, позволяющих роботам выполнять больше ролей, функциональные требования к скинам роботов также меняются.

В ходе некоторых экспериментов исследователи обнаружили, что когда кожа робота сохраняет одну форму в течение длительного времени, она может воспроизводить процесс образования морщин:

Модели кожи, воссоздающие образование морщин, потенциально могут быть использованы при тестировании косметики и средств по уходу за кожей, предназначенных для предотвращения, задержки или улучшения образования морщин.

Это, несомненно, сыграет огромную роль в исследовании и тестировании новой косметики и средств по уходу за кожей.

Эту «кожу», специально созданную для роботов, скорее всего, сначала будут использовать на людях.

Очевидно, что до сих пор существуют некоторые разногласия по поводу того, может ли эта технология помочь роботам стать более похожими на человека, но ее можно использовать и в других областях, помимо робототехники.

Разве это не еще один вид успеха?

# Добро пожаловать на официальную общедоступную учетную запись WeChat Aifaner: Aifaner (идентификатор WeChat: ifanr). Более интересный контент будет предоставлен вам как можно скорее.

Ай Фанер | Исходная ссылка · Посмотреть комментарии · Sina Weibo