과학자들이 로봇을 위한 '살아있는' 피부를 개발했습니다.

May 07, 2023

고대 그리스 신화에서 유로파 공주를 지키던 거대한 청동 로봇 탈로스부터 사일런과 터미네이터까지, 인공 인간에 대한 생각은 수세기 동안 우리를 매혹시키고 소름 끼치게 했습니다.

이제 우리는 살아있는 로봇 피부의 개발을 통해 로봇을 인간과 매우 유사하게 만드는 데 그 어느 때보다 가까워졌습니다. 이 칙칙해 보이는 물질은 발수성, 자가 치유 기능을 갖추고 있으며 우리 피부와 같은 질감을 가지고 있습니다.

왜냐하면 그것은 실제로 인간의 피부 세포로 만들어졌기 때문입니다.

도쿄대학의 조직공학자인 다케우치 쇼지(Shoji Takeuchi)는 “살아있는 피부는 동물의 몸을 덮고 있는 것과 똑같은 물질이기 때문에 로봇에게 생명체의 모습과 촉감을 부여하는 궁극적인 솔루션이라고 생각합니다.”라고 말했습니다.

연구원들은 실험실에서 배양한 피부의 프로토타입으로 3개의 관절로 작동하는 로봇 손가락을 성공적으로 코팅했습니다.

Takeuchi는 "배양 배지에서 바로 나온 손가락은 약간 '땀이 나는' 것처럼 보입니다."라고 말합니다. "손가락은 전기 모터로 구동되기 때문에 실제 손가락과 꼭 닮은 손가락과 조화를 이루며 모터의 딸깍거리는 소리를 듣는 것도 재미있습니다."

로봇 표면에 피부를 이식하려는 이전 시도는 어려운 것으로 판명되었으므로 도쿄 대학의 조직 엔지니어 Michio Kawai와 동료들은 피부가 장치에 스스로 형성될 수 있는 접근 방식을 취했습니다.

Kawai와 팀은 논문에서 "부드럽고 깨지기 쉬운 조직을 손상시키지 않고 피부 등가물의 끝점을 절단, 접착 또는 봉합하는 것은 어렵습니다."라고 설명합니다.

대신 그들은 피부의 구조적 매트릭스를 형성하는 단백질을 생성하는 세포인 콜라겐과 진피 섬유아세포의 용액에 로봇 구조를 담갔습니다. 이는 피부 결합 조직의 주요 부분입니다.

그런 다음 그들은 이 프라이머 층을 가장 바깥쪽 피부층의 주요 구성 요소인 표피 세포(각질세포)로 코팅했습니다. 이 추가 층이 없으면 소재에 동물과 같은 종류의 발수 기능이 부족하게 됩니다.

아래 영상에서는 정전기를 띤 폴리스티렌 비드가 표피 없이 손가락에 달라붙어 손가락이 조작하기 어렵게 만듭니다.

끈적끈적한 물질은 로봇 손가락 움직임의 반복적인 스트레칭과 수축을 처리할 수 있지만 여전히 인간의 피부보다 훨씬 약합니다. 연구팀은 초기 용액에서 콜라겐의 농도를 높이고 세포를 더욱 성숙시키면 이를 개선할 수 있다고 제안합니다.

놀랍게도 인공 피부는 콜라겐 붕대로 치료할 수도 있는데, 살아있는 세포가 이를 흡수하여 시스템에 통합하여 손상을 메우는 데 도움을 줍니다.

결과는 매우 놀랍지만, 실험실에서 배양한 조직은 여전히 ​​매우 제한적입니다. 영양 용액 밖에서는 오래 지속될 수 없습니다. 우리 피부와 마찬가지로 건조함을 방지하기 위해 지속적인 물 공급이 필요하지만 인공 피부층에는 이러한 수분을 공급하기 위한 순환계 및 땀샘 시스템의 복잡한 구성 요소가 부족합니다.

Kawai와 동료들은 "물을 공급하는 혈관을 모방하는 것과 동일한 진피 내부 및 아래에 관류 채널을 구축하는 것뿐만 아니라 피부에 땀샘을 통합하는 것이 향후 연구의 중요한 방향"이라고 썼습니다.

그들은 또한 실험실에서 만든 피부가 우리 피부처럼 다재다능한 재능을 갖고 보호 기능과 감각 기관 역할을 할 수 있도록 '신경'과 센서를 추가할 것을 제안합니다.

Takeuchi는 "피부 조직이 로봇 표면과 얼마나 잘 일치하는지 보고 놀랐습니다."라고 말했습니다. "그러나 이번 연구는 살아있는 피부로 덮인 로봇을 만들기 위한 첫 번째 단계에 불과합니다."

연구자들은 로봇을 좀 더 인간적으로 보이게 만드는 것이 우리가 로봇에 더 공감하고 좋아하는 데 도움이 되어 로봇이 의료, 돌봄, 서비스 산업에서 봉사하면서 우리와 더 잘 소통할 수 있기를 바라고 있습니다. (물론 우리가 불쾌한 계곡 너머로 인공 휴머노이드를 발전시킬 수 있다면 말입니다.)

연구원들은 “이러한 발견은 전통적인 로봇 공학에서 생체 재료와 인공 재료의 장점을 모두 활용하는 새로운 바이오하이브리드 로봇 공학 체계로의 패러다임 전환 가능성을 보여줍니다.”라고 결론지었습니다.