Robert Klatt
Lebende Haut konnte bisher nicht als Roboterbauteil verwendet werden. Die neue „Perforationsanker-Technik“ bildet menschliche Hautbänder nach, um Haut auf Roboterbauteilen zu fixieren. Die Roboter können dadurch biologische Funktionen wie einen Tastsinn und eine Selbstheilung erhalten.
Tokio (Japan). Humanoide Roboter mit lebender Haut hätten eine Vielzahl an Vorteilen, darunter einen feinen Tastsinn und eine Selbstheilung. Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETHZ) haben deshalb im Dezember 2022 eine lebende Haut für Roboter auf Basis von Pilzen entwickelt. Die Wissenschaft arbeitet zudem daran, lebendes menschliches Hautgewebe auf Robotern zu befestigen. Dazu wurde die Haut bislang mit hervorstehenden Ankern fixiert oder auf das Objekt geschrumpft.
Die Methoden zur Befestigung von Hautgewebe konnten hinsichtlich ihrer Stabilität und Flexibilität jedoch noch nicht überzeugen, weil diese oft Probleme wie Deformationen und ästhetische Fehler haben. Forscher der University of Tokyo um Prof. Shoji Takeuchi haben nun eine neue Methode zur Fixierung von Hautäquivalenten auf Robotern vorgestellt. Die sogenannte „Perforationsanker-Technik“ bildet die Struktur der menschlichen Hautbänder nach und ermöglicht es dadurch, lebende Haut auf Robotern zu befestigen.
„In dieser Studie ist es uns gelungen, das menschliche Aussehen bis zu einem gewissen Grad nachzubilden, indem wir ein Gesicht mit dem gleichen Oberflächenmaterial und der gleichen Struktur wie beim Menschen geschaffen haben.“
Laut der Publikation im Fachmagazin Cell Reports Physical Science nutzt die neue Methode perforierte Anker, mit denen die Haut auf der künstlichen Oberfläche der Roboter fixiert wird. Die Anker ähneln den Hautbänden des Menschen, die dessen Hautgewebe mit dem Körper verbinden. Konkret befinden sich kleinste v-förmige Löcher auf dem Roboter, auf die ein Gel mit Hautzellen aufgetragen wird. Das Gel verbindet sich beim Aushärten mit den Ankern und bildet dadurch eine stabile Struktur.
Entscheidend ist dabei vor allem sie Dampf-Plasmabehandlung, durch die die Ankeroberfläche das Kollagengel besser aufnehmen kann. Die Dampf-Plasmabehandlung erhöht die Hydrophilie, indem sie den Kontaktwinkel des Gels reduziert. Dies erhöht die Verteilung und Haftung des Kollagengels an den Ankern.
Um ihre neue Methode zu demonstrieren, haben die Forscher lebende Haut auf einem 3D-Gesichtsmodell und einem 2D-Roboter fixiert. Zudem wurde ein Robotergesicht mit einer lebenden Haut versehen. Das Robotergesicht konnte durch mechanische Einwirkungen unterschiedliche Gesichtsausdrücke zeigen, ohne, dass die Haut dadurch beschädigt wurde.
Weitere mechanische Untersuchungen belegen, dass die Perforationsanker das Schrumpfen des Hautgewebes unterbinden. Umso größer die Perforationsanker sind, umso höher ist die Festigkeit der Haut. Die Flexibilität nimmt jedoch mit der Größe der Perforationsanker ab. Je nach Einsatzzweck und den benötigten Eigenschaften muss somit die ideale Größe der Perforationsanker ermittelt werden.
Die Wissenschaftler erklären, dass Roboter mit lebender Haut vor allem in der sogenannten humanoiden Robotik verwendet werden könnten. Es ist etwa denkbar, dass Roboter mit lebender Haut als Prothesen verwendet werden.
Cell Reports Physical Science, doi: 10.1016/j.xcrp.2024.102066
