Wissenschaftler verwendeten menschliche Zellen, um selbstheilende „lebende Haut“ für Roboter herzustellen

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Androiden, die teils Menschen, teils Roboter sind, sind ein Grundnahrungsmittel Science-Fiction. Aber sie sind der Realität jetzt einen Schritt näher gekommen, nachdem Forscher aus menschlichen Zellen eine lebende Haut für Roboter hergestellt haben.

Heutige Roboter, selbst wenn sie humanoid sind, neigen dazu, starre Teile und harte Kunststoff- oder Metallaußenseiten zu haben. Während einige jetzt mit Silikonkautschukbeschichtungen ausgestattet sind, die das Aussehen von Haut nachahmen, ist dies noch lange nicht überzeugend, und sie sehen oft eher wie animierte Schaufensterpuppen als wie Menschen aus.

Dies scheint nur ein kosmetisches Problem zu sein, aber es gibt Gründe, warum es hilfreich sein könnte, Roboter zu haben, die uns ähnlicher sind. Zunächst einmal könnte es Menschen erleichtern, mit Robotern natürlicher in Situationen zu interagieren, in denen es wichtig ist, eine Art Beziehung aufzubauen, wie z. B. im Gesundheitswesen oder im Kundendienst.

Die menschliche Haut ist auch ein unglaublich leistungsfähiges Organ – sie ist voll von Sensoren, die weit ausgefeilter sind als die, die wir konstruieren können; es ist robust und wasserabweisend; und es ist sogar in der Lage, sich selbst zu heilen, wenn es beschädigt wird. Robotern all diese Fähigkeiten zu geben, könnte das Repertoire an Aufgaben, bei denen sie uns helfen könnten, erheblich erweitern.

Aus diesem Grund entschieden sich japanische Forscher zu prüfen, ob sie Tissue-Engineering-Techniken verwenden könnten, um eine Abdeckung für einen Roboterfinger aus menschlichen Hautzellen herzustellen. Es wurde festgestellt, dass sich die resultierende „lebende Haut“ eng an den Finger anpasst und an Ort und Stelle bleibt, wenn sich die Gelenke beugen, und außerdem sowohl wasserabweisend als auch selbstheilend ist.

„Unsere Kreation ist nicht nur weich wie echte Haut, sondern kann sich selbst reparieren, wenn sie geschnitten oder auf irgendeine Weise beschädigt wird“, sagt Studienleiter Shoji Takeuchi von der Universität Tokio sagte in einer Erklärung. „Wir stellen uns daher vor, dass es in Branchen nützlich sein könnte, in denen die Reparierbarkeit vor Ort wichtig ist, ebenso wie menschenähnliche Eigenschaften wie Geschicklichkeit und ein leichtes Berühren.“

Sogenannte „menschliche Hautäquivalente“, die aus menschlichen Zellen und strukturellen Biomaterialien wie Kollagen hergestellt werden, werden seit Jahren in der Forschung und für Hauttransplantationen verwendet. Sie wurden jedoch hauptsächlich in zweidimensionalen Schichten gezüchtet, und es war schwierig, sie dazu zu bringen, 3D-Strukturen zu erstellen oder sich an sie anzupassen.

In einer kürzlich herausgebrachten Papier in Materie, Takeuchi und seine Kollegen skizzieren eine neue Methode, bei der ein starrer Roboterfinger in ein Kollagenhydrogel eingetaucht wird, das menschliche dermale Fibroblasten enthält, den Hauptzelltyp, der im Bindegewebe der Haut vorkommt. Diese Beschichtung konnte sich dann entwickeln, während sich die Fibroblasten im ganzen Kollagen ausbreiteten und das Gel zum Schrumpfen brachten.

Dadurch haftete die Beschichtung fest am Roboterfinger und bildete im Wesentlichen eine Grundierungsschicht, die die Forscher dann mit epidermalen Keratinozyten besiedeln konnten, der häufigsten Art von Zellen in der äußersten Schicht der menschlichen Haut, der Epidermis.

Nachdem dieser äußeren Schicht Zeit gegeben wurde, sich zu entwickeln, führten die Forscher eine Reihe von Experimenten durch, um ihre Eigenschaften zu testen. Sie zeigten, dass es elastisch genug war, um den Finger zu biegen, ohne zu reißen, und dass es auch wasserabweisend war, genau wie echte Haut. Sie zeigten sogar, dass es sich selbst heilen konnte, wenn eine Kollagenfolie über die Wundstelle gepfropft wurde.

Die lebende Haut ist jedoch noch weit von der Realität entfernt. Erstens hat es keine Blutversorgung, was bedeutet, dass die Forscher ständig frische Nährstoffe liefern und Abfallprodukte entfernen müssen. Es fehlen auch viele der Komponenten, die die menschliche Haut so leistungsfähig machen, wie Schweißdrüsen, Haarfollikel und die Vielzahl von Sensoren, mit denen wir Dinge wie Druck und Wärme erkennen können.

Die Forscher sagen, dass dies nur ein Ausgangspunkt ist, und sie planen, die Funktionalität und Raffinesse ihrer lebenden Haut zu erweitern. Abgesehen davon, dass Roboter uns ähnlicher aussehen, glauben die Forscher, dass ihre Forschungsrichtung Auswirkungen auf die Zukunft der fortschrittlichen Fertigung haben könnte. Gegenwärtig kämpfen Roboter mit Aufgaben, die ein hohes Maß an Geschicklichkeit erfordern, aber wenn man ihnen mehr menschenähnliche Manipulatoren gibt, könnte dies dazu beitragen, einige dieser Aufgaben zu automatisieren.

Es wird wahrscheinlich noch einige Zeit dauern, bis die Forscher in der Lage sind, alle Fähigkeiten der Haut nachzuahmen, geschweige denn Ganzkörperabdeckungen von Robotern herzustellen. Aber diese Forschung deutet darauf hin, dass Androiden vielleicht keine so phantasievolle Idee mehr sind.

Bildnachweis: Shoji Takeuchi/Universität Tokio

Zeitstempel: 13. Juni 2022