Inżynierowie w Japonii próbują sprawić, by roboty naśladowały typowo ludzki wyraz twarzy — uśmiech.

Stworzyli maskę na twarz z komórek ludzkiej skóry i przymocowali ją do robotów za pomocą nowatorskiej techniki, która ukrywa wiązanie i jest na tyle elastyczna, że ​​można ją wygiąć w grymas lub unieść w miękki uśmiech.

Efekt jest czymś pomiędzy przerażającą maską Hannibala Lectera i figurką Gumby’ego z animacji poklatkowej.

Naukowcy twierdzą jednak, że prototypy torują drogę bardziej wyrafinowanym robotom, których warstwa zewnętrzna jest wystarczająco elastyczna i trwała, aby chronić maszynę, jednocześnie nadając jej bardziej ludzki wygląd.

Oprócz ekspresji, „odpowiednik skóry”, jak nazywają go naukowcy, który powstaje z żywych komórek skóry w laboratorium, może powodować blizny i oparzenia, a także samoleczyć się, zgodnie z badaniem opublikowanym 25 czerwca w czasopiśmie Cell Reports Physical Science.

„Ludzkie twarze i wyrazy twarzy poprawiają komunikację i empatię w interakcjach człowiek-robot, dzięki czemu roboty są skuteczniejsze w rolach związanych z opieką zdrowotną, usługami i towarzyszeniem” – powiedział w wiadomości e-mail Shoji Takeuchi, profesor Uniwersytetu Tokijskiego i główny badacz w badaniu.

Badania mają miejsce w momencie, gdy roboty stają się coraz bardziej wszechobecne w halach produkcyjnych.

Według Międzynarodowej Federacji Robotyki w 2022 roku na liniach montażowych samochodów i urządzeń elektronicznych oraz w innych miejscach pracy pracowało 3,9 miliona robotów przemysłowych.

Część całkowitej liczby robotów stanowią tzw. humanoidy, czyli maszyny wyposażone w dwie ręce i dwie nogi, co pozwala im pracować w środowiskach stworzonych z myślą o pracownikach, takich jak fabryki, ale także w hotelarstwie, służbie zdrowia i edukacji.

Carsten Heer, rzecznik federacji, powiedział, że humanoidy stanowią „ekscytujący obszar rozwoju”, ale przyjęcie ich na rynek masowy byłoby złożone i mogłoby być ograniczone kosztami.

Mimo to w październiku 2023 r. chiński rząd ogłosił cel, jakim jest masowa produkcja humanoidów do 2025 r., co, jak przewidywał, znacznie zwiększy produktywność przemysłu.

Od dziesięcioleci inżynierowie zajmujący się robotyką eksperymentują z materiałami, mając nadzieję na znalezienie czegoś, co będzie chronić skomplikowany mechanizm robota, a jednocześnie będzie na tyle miękkie i lekkie, aby nadawało się do szerokiego zakresu zastosowań.

Jeśli powierzchnia robota ulegnie wgnieceniu lub zarysowaniu, może to doprowadzić do awarii urządzenia, dlatego zdolność do samodzielnej naprawy jest „krytyczną cechą” robotów humanoidalnych – stwierdzili badacze w artykule.

Kevin Lynch, dyrektor Centrum Robotyki i Biosystemów na Uniwersytecie Northwestern, powiedział, że nowatorska metoda mocowania skóry przyczynia się do rozwoju nowej dziedziny robotyki „biohybrydowej”, która łączy inżynierię mechaniczną z inżynierią genetyczną i tkankową.

„To badanie jest nowatorskim wkładem w problem zakotwiczenia sztucznej skóry do materiału podłoża” – powiedział profesor Lynch, dodając, że „żywa skóra może pomóc nam osiągnąć święty Graal samonaprawiającej się skóry w biohybrydowych robotach”.

Dodał, że badanie nie analizuje kwestii tego, w jaki sposób skóra robotów będzie się sama goić bez zewnętrznego wsparcia.

W przypadku takich robotów wyzwaniem jest kwestia prawdopodobieństwa — znalezienie sposobów na nadanie maszynie cech, które sprawią, że będzie wyglądała i zachowywała się bardziej jak człowiek, na przykład zdolność do uśmiechania się.

Naukowcy, w tym profesor Takeuchi i jego koledzy z Uniwersytetu Tokijskiego, od lat pracują nad ludzką skórą stworzoną w laboratorium.

W 2022 roku zespół badawczy opracował robotyczny palec pokryty żywą skórą, dzięki czemu palec maszyny zginał się jak ludzki palec, dzięki czemu mógł wykonywać bardziej precyzyjne zadania.

Zespół profesora Takeuchi próbował zakotwiczyć skórę za pomocą minihaczyków, ale powodowały one łzy podczas ruchu robota. Dlatego zespół postanowił naśladować więzadła, maleńkie liny luźnej tkanki łączące kości.

Członkowie zespołu wywiercili w robocie małe otwory w kształcie litery V i nałożyli na nie żel zawierający kolagen, który zatkał otwory i przymocował sztuczną skórę do robota.

„To podejście łączy tradycyjne sztywne roboty z miękką, biologiczną skórą, czyniąc je bardziej „ludzkimi”” – powiedział Yifan Wang, adiunkt w szkole inżynierii mechanicznej i lotniczej na Uniwersytecie Technologicznym Nanyang w Singapurze, który bada „miękkie roboty” naśladujące istoty biologiczne.

Wiązanie ze skórą daje także robotowi biohybrydowemu potencjał odczuwania, przybliżając naukę o krok do fantasy science-fiction.

„Może to stworzyć robotowi możliwość wyczuwania ludzi i bezpiecznej interakcji z nimi” – powiedział profesor Wang.

Twarze robotów ze sztuczną skórą w laboratorium profesora Takeuchiego nie są w stanie wyczuwać dotyku, zmian temperatury ani innych bodźców zewnętrznych.

Profesor Takeuchi powiedział, że to jest jego kolejny cel badań.

„Naszym celem jest stworzenie skóry, która ściśle naśladuje funkcjonalność prawdziwej skóry, stopniowo budując niezbędne elementy, takie jak naczynia krwionośne, nerwy, gruczoły potowe, gruczoły łojowe i mieszki włosowe” – powiedział.

Zamiast systemów neuronowych przekazujących wrażenia w ludzkim ciele, elektronika robota musiałaby zasilać sygnał czujnika, co według profesora Wanga wymagałoby znacznie więcej czasu i badań.