Robotika Generasi Berikutnya: Ilmuwan Mengembangkan Kulit yang Menyembuhkan, Terasa, dan Terlihat Seperti Manusia

Para ilmuwan telah mengembangkan metode untuk menempelkan kulit rekayasa pada robotic, untuk meningkatkan fungsionalitas dan penampilan mereka.

Peneliti Jepang telah mengembangkan metode untuk mengikat jaringan kulit hasil rekayasa pada robotic humanoid, meningkatkan mobilitas, kemampuan penyembuhan diri, dan kemampuan sensorik mereka. Teknik ini melibatkan perforasi khusus yang memungkinkan kulit melekat lebih baik dan bergerak bersama komponen mekanis robotic. Kemajuan ini dapat berdampak signifikan pada penelitian medis, pengujian kosmetik, dan pengembangan robotic yang lebih mirip manusia.

Kemajuan dalam Sistem Biohibrida

Penelitian ini dipimpin oleh Profesor Shoji Takeuchi dari Universitas Tokyo, seorang pelopor dalam bidang robotika biohibrida. Laboratoriumnya, Laboratorium Sistem Biohibrida, telah menciptakan robotic mini yang berjalan menggunakan jaringan otot biologis, daging yang tumbuh di laboratorium dengan cetakan 3D, kulit rekayasa yang dapat menyembuhkan, dan masih banyak lagi. Selama penelitian pada merchandise terakhir inilah Takeuchi merasa perlu untuk mengembangkan gagasan tentang kulit robotik lebih jauh untuk meningkatkan sifat dan kemampuannya.

“Selama penelitian sebelumnya pada robotic berbentuk jari yang dilapisi jaringan kulit rekayasa yang kami kembangkan di lab, saya merasakan perlunya adhesi yang lebih baik antara fitur robotic dan struktur subkutan kulit,” kata Takeuchi. “Dengan meniru struktur ligamen kulit manusia dan dengan menggunakan perforasi berbentuk V yang dibuat khusus pada materials padat, kami menemukan cara untuk mengikat kulit ke struktur yang kompleks. Fleksibilitas alami kulit dan metode adhesi yang kuat berarti kulit dapat bergerak dengan komponen mekanis robotic tanpa robek atau terkelupas.”

Jaringan kulit yang direkayasa dan cara melekatnya pada struktur kompleks yang mendasari fitur-fitur robotic terinspirasi oleh ligamen kulit pada jaringan manusia. Kredit: ©2024 Takeuchi et al. CC-BY-ND

Teknik Pemasangan Kulit yang Inovatif

Metode sebelumnya untuk menempelkan jaringan kulit ke permukaan padat melibatkan hal-hal seperti jangkar mini atau kait, tetapi ini membatasi jenis permukaan yang dapat menerima lapisan kulit dan dapat menyebabkan kerusakan selama gerakan. Dengan merekayasa perforasi kecil secara hati-hati, pada dasarnya semua bentuk permukaan dapat ditempeli kulit. Trik yang digunakan tim adalah menggunakan gel kolagen khusus untuk adhesi, yang secara alami kental sehingga sulit dimasukkan ke dalam perforasi yang sangat kecil. Namun menggunakan teknik umum untuk adhesi plastik yang disebut plasma perawatan, mereka berhasil membujuk kolagen ke dalam struktur halus perforasi sekaligus menjaga kulit tetap dekat dengan permukaan yang dimaksud.

Metode penjangkaran baru ini memungkinkan jaringan kulit yang fleksibel untuk menyesuaikan diri dengan bentuk apa pun yang ditempelinya. Dalam kasus ini, wajah robotic yang relatif datar dibuat tersenyum dan kulit berubah bentuk tanpa membatasi robotic, lalu kembali ke bentuk aslinya setelahnya. Kredit: ©2024 Takeuchi dkk. CC-BY-ND

“Memanipulasi jaringan biologis yang lembut dan basah selama proses pengembangan jauh lebih sulit daripada yang dipikirkan orang-orang di luar bidang ini. Misalnya, jika sterilitas tidak terjaga, bakteri dapat masuk dan jaringan akan mati,” kata Takeuchi. “Namun, sekarang setelah kita dapat melakukan ini, kulit yang hidup dapat menghadirkan berbagai kemampuan baru bagi robotic. Penyembuhan diri adalah hal yang penting — beberapa bahan berbasis kimia dapat dibuat untuk menyembuhkan dirinya sendiri, tetapi bahan tersebut memerlukan pemicu seperti panas, tekanan, atau sinyal lain, dan bahan tersebut juga tidak berkembang biak seperti sel. Kulit biologis memperbaiki luka kecil seperti yang kita alami, dan saraf serta organ kulit lainnya dapat ditambahkan untuk digunakan dalam penginderaan dan sebagainya.”

Metode lain untuk mengikat jaringan kulit ke struktur padat memiliki keterbatasan. Metode baru ini dapat digunakan pada permukaan yang kompleks, melengkung, dan bahkan bergerak. Kredit: ©2024 Takeuchi et al. CC-BY-ND

Implikasi dan Peningkatan di Masa Depan

Namun, penelitian ini tidak hanya dilakukan untuk membuktikan suatu hal. Takeuchi dan labnya memiliki tujuan dalam aplikasi ini yang dapat membantu dalam beberapa bidang penelitian medis. Ide organ-on-a-chip bukanlah hal yang baru dan digunakan dalam hal-hal seperti pengembangan obat, tetapi sesuatu seperti wajah-on-a-chip dapat berguna dalam penelitian tentang penuaan kulit, kosmetik, prosedur bedah, bedah plastik, dan banyak lagi. Selain itu, jika sensor dapat disematkan, robotic dapat diberkahi dengan kesadaran lingkungan yang lebih baik dan kemampuan interaktif yang lebih baik.

“Dalam penelitian ini, kami berhasil meniru penampilan manusia sampai batas tertentu dengan menciptakan wajah dengan bahan dan struktur permukaan yang sama dengan manusia,” kata Takeuchi. “Selain itu, melalui penelitian ini, kami mengidentifikasi tantangan baru, seperti perlunya kerutan permukaan dan dermis yang lebih tebal untuk mencapai penampilan yang lebih mirip manusia. Kami percaya bahwa menciptakan kulit yang lebih tebal dan lebih realistis dapat dicapai dengan menggabungkan kelenjar keringat, kelenjar sebasea, pori-pori, pembuluh darah, lemak, dan saraf. Tentu saja, gerakan juga merupakan faktor penting, bukan hanya bahannya, jadi tantangan penting lainnya adalah menciptakan ekspresi seperti manusia dengan mengintegrasikan aktuator canggih, atau otot, di dalam robotic. Menciptakan robotic yang dapat menyembuhkan diri sendiri, merasakan lingkungannya dengan lebih akurat, dan melakukan tugas dengan ketangkasan seperti manusia sangat memotivasi.”

Referensi: “Jangkar tipe perforasi terinspirasi oleh ligamen kulit untuk wajah robotic yang ditutupi kulit hidup” oleh Michio Kawai, Minghao Nie, Haruka Oda dan Shoji Takeuchi, 25 Juni 2024, Laporan Sel Ilmu fisika.
DOI: 10.1016/j.xcrp.2024.102066

Pendanaan: Pekerjaan ini didukung oleh JSPS Grants-in-Help for Scientific (KAKENHI), Nomor Hibah 21H05013 dan 24K21079.