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image credit: Cell Reports Physical Science / 東京大学

　にっこりと笑うロボット。近い将来、ロボットはリアルな皮膚の弾力性で、より人間らしく見えるようになるかもしれない。

　東京大学とハーバード大学の研究グループが開発したこのロボットは、人間の皮膚細胞から培養された”生きた皮膚”をまとっている。

　その「培養皮膚」は、ロボットの見た目を人間らしくするだけではなく、傷がつけば自然に修復するため、機能的にも生物的だ。

　この技術はロボットへの応用だけでなく、顔面神経麻痺の治療や美容整形、あるいは化粧品のような顔にまつわる技術の発展にも貢献できると期待されている。


・従来のシリコン皮膚の問題点
　最近のロボットの中には、本物と見紛うばかりに人間そっくりなものがあるが、その外観は主にシリコンの皮膚を貼り付けることで作られる。

　だがシリコンはシリコンでしかない。うっかり傷つけてしまったら、生物のように徐々に治るということはない。だからわざわざ新しいシリコンに張り替えるという面倒な作業が必要になる。

　さらに私たちの顔をよく観察してみれば、皮膚と筋肉はピッタリと面でくっついていることがわかる。だから皮膚が不自然に弛むことはないし、それによって自然な表情が生まれてくる。

　ところが現在ロボットに使われるシリコン皮膚は、突き出た突起（アンカー）に引っ掛けるような感じで固定されている。面ではなく、点で固定されているのだ。

　これではデコボコとした見た目になってしまうし、アンカーが表情を作る動きを邪魔してしまう。

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photo by iStock・人間の細胞を培養して自己修復が可能な皮膚を開発
　もしもロボットの皮膚に自己修復機能を与えるつもりなら、細胞から培養された”生きた皮膚”を使うのが有望なソリューションだ。

　問題はそれをロボットに貼り付ける方法だ。

　そこで今回、東京大学大学院の竹内昌治教授とハーバード大学博士課程の河井理雄氏ら研究チームは、V字に掘られた穴でヒトから培養した皮膚を固定するというやり方を考案した。

　人体の場合、組織の下にある「皮膚支帯」という網目状の構造によって皮膚を面で固定している。穴型アンカーはこれをヒントに開発されたものだ。

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ヒト細胞から培養した皮膚組織をロボットに貼り付ける方法は、人間の組織の皮膚靭帯からヒントを得たものだ / image credit:c2024 Takeuchi et al. CC-BY-ND

　培養した生きている皮膚組織を穴型アンカーの中でゲル化させる。こうすることで、人間の皮膚と同じように、培養皮膚を隙間なく面でピッタリと貼り付けることができる。

　その効果を伝えるためにデモ動画では、目のついたピンク色の膜がニチャァと笑う様子を見ることができる。

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　それ自体はちょっと気持ち悪いかもしれないが、それでも不自然なたるみや凹凸が生じることはない。モーターによって口角が押し上げられると、自然に頬が膨らみ、その意味ではとても人間らしい笑顔だ。

　また研究チームは、実験として、穴型アンカーがある面とない面に人工皮膚を貼り付けて比較してもいる。

　その結果、穴型アンカーなしの面では、皮膚が7日間で84.5％も収縮したのに対し、1mmの穴型アンカーがある面では33.6％に抑えられたという（より大きな3mmと5mmのアンカーでは、それぞれ26.4％と32.2％だったそう）。

　こうした皮膚の収縮は、皮膚が内部フレームから剥がれる原因となり、ロボットの容姿を損なわせるだけでなく、皮膚自体も劣化させる。だからそれを抑えられるほどに、高い耐久性につながる。

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新たに考案されたV字の穴型アンカーで生きた培養皮膚を貼り付けたロボット。モーターの動きを上手に皮膚に伝え、にこりと自然な笑顔を浮かべることもできる/Image credit: c2024 Takeuchi et al. CC-BY-ND・耐久性や強度をあげ、実用化を目指す
　こうした培養皮膚が実用レベルになるのは、もう少し先になるようだ。竹内教授はまだ解決すべき課題がいくつかあると説明している。

　その多くは耐久性や強度に関することだ。例えば生きた皮膚であるために、それを維持するには栄養や水分を与える必要がある。

　これについては、「皮膚内に組み込まれた血管などの灌流システム」が利用されるかもしれないという。

　また培養皮膚の強度も人間の皮膚に近づけねばならない。これは「培養皮膚内のコラーゲン構造と濃度を最適化」することで対応される。

　さらに、細菌などによる汚染への耐性を持たせたり、できることなら温度や触覚などの感覚情報をロボットに伝えられる方が望ましいだろう。

　こうしたロボットの皮膚の研究は、ただロボットの見た目や機能を人間に近づけるだけではない。

　顔の筋肉が感情を伝える方法について理解が深まり、顔面神経麻痺のような病気の治療や、化粧品や整形手術などの改善にもつながると期待されるそうだ。

　この研究は『Cell Reports Physical Science』（2024年6月25日付）に掲載された。

References:Robots face the future | EurekAlert! / 生きた皮膚を持つロボットの顔 | 東京大学 / written by hiroching / edited by / parumo



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