ลองจินตนาการถึงหุ่นยนต์ที่ไม่ได้มีเพียงเปลือกโลหะหรือซิลิโคน แต่มีผิวหนังจากเซลล์มนุษย์จริงที่สามารถยืดหยุ่นไปตามการเคลื่อนไหว และซ่อมแซมเนื้อเยื่อที่เสียหายได้ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม นี่คือผลงานวิจัยจากมหาวิทยาลัยโตเกียว ประเทศญี่ปุ่น ซึ่งนำชีววิทยามาผสานเข้ากับวิศวกรรมหุ่นยนต์ เพื่อสำรวจความเป็นไปได้ของหุ่นยนต์ที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงสิ่งมีชีวิตมากขึ้น
ใช้เซลล์มนุษย์สร้างผิวหนังหุ้มนิ้วหุ่นยนต์
งานวิจัยที่มีชื่อว่า Living Skin on a Robot เผยแพร่ในวารสารวิทยาศาสตร์ Matter เมื่อวันที่ 9 มิถุนายน 2022 นำโดยศาสตราจารย์โชจิ ทาเคอุจิ (Shoji Takeuchi) ผู้ศึกษาการผสานระบบกลไกเข้ากับเนื้อเยื่อชีวภาพ แนวทางนี้เรียกว่า Biohybrid Robotics หรือหุ่นยนต์ชีวภาพลูกผสม ซึ่งผสมผสานเทคโนโลยีหุ่นยนต์เข้ากับองค์ประกอบจากสิ่งมีชีวิต
แทนที่จะใช้วัสดุสังเคราะห์เลียนแบบผิวหนัง ทีมวิจัยเลือกเพาะเลี้ยงเซลล์มนุษย์ให้กลายเป็นเนื้อเยื่อ แล้วนำมาห่อหุ้มโครงสร้างนิ้วหุ่นยนต์ที่มีข้อต่อ 3 ตำแหน่งและขับเคลื่อนด้วยระบบสายเคเบิลกับมอเตอร์
เบื้องหลังการสร้างผิวหนังจากเซลล์จริง
กระบวนการเริ่มจากการใช้คอลลาเจนร่วมกับเซลล์ไฟโบรบลาสต์ (Fibroblast) ซึ่งเป็นเซลล์ที่มีบทบาทในการสร้างองค์ประกอบของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันในชั้นหนังแท้ จากนั้นอาศัยการก่อตัวและหดตัวของเนื้อเยื่อให้แนบไปกับพื้นผิวของนิ้วหุ่นยนต์
นักวิจัยเติมเซลล์เคราติโนไซต์ (Keratinocyte) ซึ่งเป็นเซลล์สำคัญของหนังกำพร้า เพื่อสร้างโครงสร้างเนื้อเยื่อสองชั้นที่มีลักษณะคล้ายผิวหนังมนุษย์ ผลลัพธ์คือผิวหนังที่หุ้มตามส่วนโค้งและข้อต่อได้อย่างต่อเนื่อง โดยไม่ต้องตัดแผ่นวัสดุหลายชิ้นมาเย็บประกอบเข้าด้วยกันเหมือนการหุ้มผิวสังเคราะห์บางรูปแบบ
งอข้อต่อได้โดยผิวหนังยังคงยืดหยุ่น
เมื่อทีมวิจัยทดสอบการขยับนิ้วหุ่นยนต์ ผิวหนังที่เพาะเลี้ยงสามารถยืดและเปลี่ยนรูปตามการเคลื่อนไหวของข้อต่อได้ โดยไม่ฉีกขาดจากการขยับในการทดสอบที่รายงานไว้ คุณสมบัตินี้เป็นประเด็นสำคัญ เพราะวัสดุหุ้มภายนอกของหุ่นยนต์ที่มีรูปร่างคล้ายมนุษย์จำเป็นต้องรองรับการเคลื่อนไหวได้โดยไม่หลุดลอกหรือเสียหายง่าย อย่างไรก็ตาม ผิวหนังดังกล่าวยังไม่สามารถรับรู้ความเจ็บปวดหรือสัมผัสได้เหมือนมนุษย์ และยังต้องอาศัยสภาพแวดล้อมกับสารอาหารที่เหมาะสมเพื่อรักษาสภาพเนื้อเยื่อมีชีวิต จึงยังแตกต่างจากผิวหนังตามธรรมชาติที่ทำงานร่วมกับระบบประสาทและระบบชีวภาพอื่น ๆ
ทดลองซ่อมแซมบาดแผล ใช้เวลาประมาณ 7 วัน
อีกหนึ่งส่วนที่น่าสนใจคือการทดสอบซ่อมแซมความเสียหายของเนื้อเยื่อ นักวิจัยสร้างรอยบาดบนผิวหนังที่หุ้มนิ้วหุ่นยนต์ ก่อนใช้แผ่นคอลลาเจนบาง ๆ ปิดบริเวณที่เสียหาย แล้วนำชิ้นงานกลับไปเพาะเลี้ยงภายใต้สภาวะที่เหมาะสม
หลังผ่านไปประมาณ 7 วัน เซลล์ในเนื้อเยื่อสามารถเคลื่อนเข้าสู่บริเวณคอลลาเจนและเชื่อมต่อกับเนื้อเยื่อโดยรอบ ช่วยซ่อมแซมบริเวณบาดแผลและทำให้นิ้วหุ่นยนต์กลับมางอข้อต่อได้ตามเดิมในผลการทดลองนี้ ทั้งนี้ การซ่อมแซมยังต้องอาศัยวัสดุคอลลาเจนและกระบวนการเพาะเลี้ยง จึงไม่ใช่การรักษาบาดแผลได้เองโดยอัตโนมัติเหมือนสิ่งมีชีวิต
จากนิ้วหุ่นยนต์สู่ใบหน้าและการใช้งานในอนาคต
ต่อมาในเดือนมิถุนายน 2024 ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยโตเกียวยังรายงานความก้าวหน้าเกี่ยวกับวิธีเชื่อมยึดเนื้อเยื่อผิวหนังเข้ากับพื้นผิวหุ่นยนต์ที่มีรูปทรงซับซ้อน เช่น ใบหน้าหุ่นยนต์ โดยได้รับแรงบันดาลใจจากโครงสร้างที่ช่วยยึดผิวหนังเข้ากับเนื้อเยื่อใต้ผิวหนังของมนุษย์ ในระยะต่อไป นักวิจัยต้องการพัฒนาเนื้อเยื่อให้ซับซ้อนขึ้น โดยอาจเพิ่มองค์ประกอบอย่างเซลล์รับความรู้สึก รูขุมขน และต่อมเหงื่อ หากทำได้สำเร็จ เทคโนโลยีนี้อาจเป็นประโยชน์ต่อหุ่นยนต์ที่ทำงานใกล้ชิดมนุษย์ รวมถึงการวิจัยด้านการสมานแผล การทดสอบเครื่องสำอาง และการพัฒนาทางการแพทย์
tags : KnowledgeObserver
