Forscher entwickeln Roboterhaut aus lebenden menschlichen Zellen

MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Forscher entwickeln eine Roboterhaut aus lebenden menschlichen Zellen, die in der Lage ist, Emotionen wie ein Lächeln zu zeigen. Diese Innovation könnte die Zukunft der Robotik und der Gewebeforschung revolutionieren.

In einer neuen Studie haben Forscher der Universität Tokio, der Harvard University und des International Research Center for Neurointelligence eine Technik zur Herstellung lebensechter Roboterhaut aus lebenden menschlichen Zellen vorgestellt. Als Machbarkeitsnachweis entwickelte das Team ein kleines Roboter-Gesicht, das vollständig mit einer Schicht aus lebendem, rosafarbenem Gewebe bedeckt ist und ein Lächeln formen kann.

Die Forscher betonen, dass die Verwendung von lebendem Hautgewebe als Roboterüberzug Vorteile bietet, da es flexibel genug ist, um Emotionen zu vermitteln und sich potenziell selbst reparieren kann. „Da sich die Rolle der Roboter weiterentwickelt, müssen die Materialien, die zur Abdeckung sozialer Roboter verwendet werden, lebensähnliche Funktionen wie Selbstheilung aufweisen,“ schreiben die Forscher in ihrer Studie.

Shoji Takeuchi, Michio Kawai, Minghao Nie und Haruka Oda sind die Autoren der Studie, die im Juli in Cell Reports Physical Science veröffentlicht wird. Die Studie beschreibt eine neuartige Methode, kultivierte Haut mit Hilfe von „Perforationstyp-Ankern“ an robotischen Oberflächen zu befestigen, die von natürlichen Hautbändern inspiriert sind. Diese winzigen V-förmigen Hohlräume in der Struktur des Roboters ermöglichen es dem lebenden Gewebe, einzudringen und eine sichere Verbindung herzustellen, ähnlich wie menschliche Haut an darunterliegenden Geweben haftet.

Um die Fähigkeiten der Haut zu demonstrieren, entwickelte das Team ein handtellergroßes Roboter-Gesicht, das ein überzeugendes Lächeln formen kann. Aktuatoren, die mit der Basis verbunden sind, ermöglichen es dem Gesicht, sich zu bewegen, während die lebende Haut flexibel bleibt. Die Forscher überzogen auch eine statische 3D-gedruckte Kopfstruktur mit der entwickelten Haut.

Die Forscher verwendeten kommerziell erhältliche menschliche Hautzellen, die sie von der Firma PromoCell GmbH kauften. Dabei handelte es sich um normale menschliche Dermalfibroblasten (NHDFs) und normale menschliche Epidermalkeratinocyten (NHEKs), die entweder aus jugendlicher Vorhaut oder verschiedenen Hautstellen von erwachsenen Spendern isoliert wurden.

Nach dem Erwerb der Zellen kultivierten die Forscher diese in speziellen Nährmedien, um die lebende Hautschicht zu erzeugen. Um die Hautzellen am Leben zu erhalten, verwendeten die Forscher ein spezielles Wachstumsmedium, das mit einigen Antibiotika ergänzt wurde, um Bakterien fernzuhalten.

Während ethische Fragen durch die Verwendung echter menschlicher Hautzellen aufgeworfen werden, betonen die Forscher, dass ihr Ziel darin besteht, die Mensch-Roboter-Kommunikation zu verbessern und die Gewebeforschung voranzutreiben. Sie hoffen, dass ihre Techniken nicht nur in der Robotik, sondern auch in Bereichen wie der rekonstruktiven Medizin und der Arzneimittelprüfung Anwendung finden. Anstatt echte menschliche Testpersonen zu verwenden, könnten Experimentatoren künstliche Hautschichten aus echten Zellen wachsen lassen.

Neben der Verbesserung der robotischen Schnittstellen glaubt das Forschungsteam, dass ihre Technik auch Anwendungen in der Kosmetikprüfung finden könnte. Durch wiederholtes Betätigen ihres lächelnden Roboter-Gesichts beobachteten sie die Bildung von Ausdruckslinien, die menschlichen Falten ähneln.

Das Papier weist darauf hin, dass ein bedeutender nächster Schritt in dieser Forschung darin besteht, dieses Modell zu nutzen, um unser Verständnis der Mechanismen, die der Faltenbildung zugrunde liegen, zu verbessern. Darüber hinaus könnte die Anwendung dieses Wissens zur Nachbildung solcher Ausdrucksformen auf einem Chip in der Kosmetikindustrie und der Orthopädie Anwendung finden.

Dennoch warnen die Forscher, dass noch erhebliche Hürden überwunden werden müssen, bevor die Technologie auf humanoide Roboter im vollen Maßstab angewendet werden kann. Die entwickelte Haut fehlt derzeit die sensorischen Fähigkeiten und erfordert eine ständige Nährstoffversorgung, was ihre Lebensdauer an der freien Luft einschränkt. Um diese Probleme zu lösen, hoffen die Forscher, neue Mechanismen zu integrieren, die der Haut helfen, über längere Zeiträume zu überleben.

Mit fortlaufender Verfeinerung könnte lebende Roboterhaut Maschinenabdeckungen schaffen, die nicht nur lebensecht, sondern buchstäblich lebendig sind.