Pesquisadores da Universidade de Tóquio desenvolveram um método inovador para ligar tecidos de pele projetados às formas complexas de robôs humanóides. Esta inovação, liderada pelo Professor Shoji Takeuchi, oferece avanços significativos para plataformas robóticas, incluindo maior mobilidade, capacidades de autocura, capacidades de detecção incorporadas e uma aparência mais realista.
Inspirada nos ligamentos da pele humana, a equipe de Takeuchi incorporou perfurações especiais no rosto de um robô para ajudar uma camada de pele a aderir de forma mais eficaz. Essa técnica poderá ter aplicações na indústria cosmética e na formação de cirurgiões plásticos. O professor Takeuchi, um pioneiro em robótica biohíbrida, liderou seu Laboratório de Sistemas Biohíbridos para criar minirobôs usando tecido muscular biológico, carne cultivada em laboratório impressa em 3D e pele projetada que pode se curar sozinha. Seu desejo de melhorar as propriedades e capacidades da pele robótica surgiu de pesquisas anteriores sobre um robô em forma de dedo coberto com pele cultivada em laboratório.
“Durante pesquisas anteriores sobre um robô em forma de dedo coberto com tecido de pele projetado que crescemos em nosso laboratório, senti a necessidade de uma melhor adesão entre as características robóticas e a estrutura subcutânea da pele”, disse Takeuchi.
O novo método imita estruturas ligamentares da pele humana usando perfurações em forma de V especialmente projetadas em materiais sólidos. “Ao imitar estruturas ligamentares da pele humana e ao usar perfurações em forma de V feitas especialmente 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 mover-se com os componentes mecânicos do robô sem rasgar ou descascar.”
Os métodos anteriores envolviam miniâncoras ou ganchos, cuja aplicação era limitada e podiam causar danos durante o movimento. O uso inovador de perfurações pela equipe permite a aplicação na pele em praticamente qualquer formato de superfície.
Um elemento-chave desta técnica é o uso de um gel de colágeno especial para adesão. A viscosidade natural do colágeno dificultou a alimentação das pequenas perfurações, mas a equipe superou isso usando tratamento com plasma, uma técnica comum para adesão de plásticos. Este processo facilitou a integração do colágeno nas perfurações, fixando a pele firmemente à superfície robótica.
Takeuchi enfatizou as dificuldades na manipulação de tecidos biológicos moles e úmidos durante o desenvolvimento, destacando a necessidade de manter a esterilidade para evitar a contaminação bacteriana. “Manipular tecidos biológicos moles e úmidos durante o processo de desenvolvimento é muito mais difícil do que pessoas de fora da área podem pensar. Por exemplo, se a esterilidade não for mantida, as bactérias podem entrar e o tecido morrerá”, disse Takeuchi. A ligação bem-sucedida de pele viva a robôs abre possibilidades para robôs com pele autocurativa que repara pequenas lacerações naturalmente, assim como a pele humana. Além disso, os nervos e outros órgãos da pele podem ser integrados para melhorar as capacidades de detecção.
“No entanto, agora que podemos fazer isso, a pele viva pode trazer uma série de novas habilidades aos robôs. A autocura é um grande negócio – alguns materiais de base química podem ser feitos para curar a si próprios, mas requerem gatilhos como calor, pressão ou outros sinais, e também não proliferam como as 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.”
Além de comprovar a viabilidade desse método, Takeuchi e sua equipe têm objetivos práticos. Eles prevêem aplicações em pesquisa médica, como o desenvolvimento de modelos “face-on-a-chip” para estudar o envelhecimento da pele, cosméticos, procedimentos cirúrgicos e cirurgia plástica. Sensores incorporados poderiam melhorar a consciência ambiental e as capacidades interativas dos robôs.
“Neste estudo, conseguimos replicar até certo ponto a aparência humana, 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 obter uma aparência mais humana. Acreditamos que a criação de uma pele mais espessa e realista pode ser alcançada através da incorporação de glândulas sudoríparas, glândulas sebáceas, poros, vasos sanguíneos, gordura e nervos.
“É claro que o movimento também é um fator crucial, não apenas o material, por isso outro desafio importante é criar expressões semelhantes às humanas, integrando atuadores sofisticados, ou músculos, dentro do robô. Criar robôs que possam se curar, sentir o ambiente com mais precisão e executar tarefas com destreza humana é incrivelmente motivador.”
Cientistas japoneses fizeram avanços significativos na criação de pele viva que pode ser fixada em superfícies robóticas, exibindo um sorriso realista – embora um tanto perturbador. Esta descoberta foi publicada na revista Cell Reports Physical Science e inclui uma demonstração em vídeo da pele sendo esticada em um sorriso.
Usando um “gel carregado de células formadoras de pele”, os pesquisadores desenvolveram um robô coberto com pele viva, afastando-se da tradicional pele de borracha de silicone que não pode suar ou curar-se. O novo material visa dotar os robôs das capacidades de autocura da pele biológica, embora alcançar a funcionalidade total continue a ser um desafio futuro.
Em estudos anteriores, a equipe demonstrou a capacidade de reparar a pele cultivada em laboratório que cobre um dedo robótico, enxertando colágeno em um corte. No entanto, a realização de testes de reparo semelhantes em sua pele robótica sorridente é um objetivo futuro.
Para criar um “sorriso natural”, a equipe gelatinizou o tecido semelhante à pele e fixou-o dentro das perfurações do robô, inspirando-se na estrutura dos ligamentos da pele humana. Esta abordagem inovadora marca um passo significativo no desenvolvimento de andróides com aparência e habilidades semelhantes às humanas.
