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Robotique de nouvelle génération : des scientifiques développent une peau qui guérit, qui a une sensation et une apparence humaines

SciTechDaily

Une nouvelle technique développée par l'équipe du professeur Shoji Takeuchi permet de fixer efficacement la peau artificielle sur des robots humanoïdes, améliorant ainsi leur apparence et leur fonctionnalité. Cela pourrait révolutionner des domaines comme la recherche médicale et les tests cosmétiques. Crédit : ©2024 Takeuchi et al. CC-BY-ND

Des scientifiques ont développé une méthode permettant de fixer une peau artificielle aux robots, améliorant ainsi leur fonctionnalité et leur apparence.

Des chercheurs japonais ont mis au point une méthode permettant de lier des tissus cutanés artificiels à des robots humanoïdes, améliorant ainsi leur mobilité, leurs capacités d'auto-guérison et leurs capacités sensorielles. Cette technique implique des perforations spéciales qui permettent à la peau de mieux adhérer et de bouger avec les pièces mécaniques du robot. Ces avancées pourraient avoir un impact significatif sur la recherche médicale, les tests cosmétiques et le développement de robots plus réalistes.

Progrès dans les systèmes biohybrides

Les recherches ont été menées par le professeur Shoji Takeuchi de l’Université de Tokyo, un pionnier dans le domaine de la robotique biohybride. Son laboratoire, le Biohybrid Systems Laboratory, a créé des mini-robots qui marchent à l’aide de tissus musculaires biologiques, de viande cultivée en laboratoire imprimée en 3D, de peau artificielle capable de cicatriser, etc. C’est au cours de ses recherches sur ce dernier élément que Takeuchi a ressenti le besoin de pousser plus loin l’idée de la peau robotisée pour améliorer ses propriétés et ses capacités.

« Lors de recherches précédentes sur un robot en forme de doigt recouvert de tissu cutané artificiel que nous avons cultivé dans notre laboratoire, j’ai ressenti le besoin d’une meilleure adhérence entre les caractéristiques robotiques et la structure sous-cutanée de la peau », a déclaré Takeuchi. « En imitant les structures ligamentaires de la peau humaine et en utilisant des perforations en forme de V spécialement conçues dans des matériaux solides, nous avons trouvé un moyen de lier la peau à des structures complexes. La flexibilité naturelle de la peau et la forte méthode d’adhésion signifient que la peau peut bouger avec les composants mécaniques du robot sans se déchirer ou se décoller. »

Diagramme de tissu cutané artificiel inspiré de l'homme

Le tissu cutané artificiel et la façon dont il adhère à la structure complexe sous-jacente des caractéristiques du robot ont été inspirés par les ligaments cutanés des tissus humains. Crédit : ©2024 Takeuchi et al. CC-BY-ND

Techniques innovantes de fixation de la peau

Les méthodes précédentes pour fixer le tissu cutané aux surfaces solides impliquaient des éléments tels que des mini-ancres ou des crochets, mais ceux-ci limitaient les types de surfaces pouvant recevoir des revêtements cutanés et pouvaient causer des dommages pendant le mouvement. En concevant soigneusement de petites perforations, pratiquement n'importe quelle forme de surface peut être recouverte de peau. L'astuce employée par l'équipe consistait à utiliser un gel de collagène spécial pour l'adhésion, qui est naturellement visqueux et donc difficile à introduire dans les minuscules perforations. Mais en utilisant une technique courante d'adhésion plastique appelée plasma Grâce au traitement, ils ont réussi à faire pénétrer le collagène dans les structures fines des perforations tout en maintenant la peau près de la surface en question.

Ancrage cutané du visage robotique souriant

La nouvelle méthode d'ancrage permet au tissu cutané flexible de s'adapter à n'importe quelle forme à laquelle il est attaché. Dans ce cas, un visage robotique relativement plat est amené à sourire et la peau se déforme sans contraindre le robot, reprenant ensuite sa forme initiale. Crédit : ©2024 Takeuchi et al. CC-BY-ND

« Manipuler des tissus biologiques mous et humides pendant le processus de développement est beaucoup plus difficile que ce que les personnes extérieures au domaine pourraient penser. Par exemple, si la stérilité n’est pas respectée, des bactéries peuvent pénétrer dans le tissu et le détruire », explique Takeuchi. « Cependant, maintenant que nous pouvons le faire, la peau vivante peut apporter toute une série de nouvelles capacités aux robots. L’auto-guérison est un enjeu majeur : certains matériaux à base de produits chimiques peuvent être conçus pour s’auto-guérir, mais ils nécessitent des déclencheurs tels que la chaleur, la pression ou d’autres signaux, et ils ne prolifèrent pas non plus comme les cellules. La peau biologique répare les petites lacérations comme la nôtre, et des nerfs et d’autres organes cutanés peuvent être ajoutés pour être utilisés dans la détection, etc. »

Associer une peau artificielle à des robots

D'autres méthodes permettant de lier le tissu cutané à des structures solides présentent des limites. Cette nouvelle méthode peut fonctionner sur des surfaces complexes, courbes et même mobiles. Crédit : ©2024 Takeuchi et al. CC-BY-ND

Conséquences et améliorations futures

Mais cette recherche n’a pas été réalisée uniquement pour prouver quelque chose. Takeuchi et son laboratoire ont un objectif en tête pour cette application qui pourrait aider dans plusieurs domaines de la recherche médicale. L’idée d’un organe sur une puce n’est pas particulièrement nouvelle et trouve une application dans des domaines tels que le développement de médicaments, mais un visage sur une puce pourrait être utile dans la recherche sur le vieillissement de la peau, les cosmétiques, les procédures chirurgicales, la chirurgie plastique et bien plus encore. De plus, si des capteurs peuvent être intégrés, les robots pourraient être dotés d’une meilleure connaissance de l’environnement et de capacités interactives améliorées.

« Dans cette étude, nous avons réussi à reproduire dans une certaine mesure l’apparence humaine en créant un visage avec le même matériau de surface et la même structure que les humains », a déclaré Takeuchi. « De plus, grâce à cette recherche, nous avons identifié de nouveaux défis, tels que la nécessité de rides de surface et d’un épiderme plus épais pour obtenir une apparence plus humaine. Nous pensons que créer une peau plus épaisse et plus réaliste peut être obtenu en incorporant des glandes sudoripares, des glandes sébacées, des pores, des vaisseaux sanguins, de la graisse et des nerfs. Bien sûr, le mouvement est également un facteur crucial, pas seulement le matériau. Un autre défi important consiste donc à créer des expressions humaines en intégrant des actionneurs sophistiqués, ou des muscles, à l’intérieur du robot. Créer des robots capables de se soigner eux-mêmes, de détecter leur environnement avec plus de précision et d’effectuer des tâches avec une dextérité humaine est incroyablement motivant. »

Financement : Ce travail a été soutenu par les subventions JSPS Grants-in-Aid for Scientific (KAKENHI), numéro de subvention 21H05013 et 24K21079.

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