潘懷宗/機器人包裹人體皮膚組織 受傷自行癒合

文/潘懷宗 博士、陽明交通大學醫學院兼任教授

「機器人」這個名詞,已經在社會上流傳許久,雖然沒有做過路邊民調,但筆者相信,在許多人的心目當中,機器人應該是長得像真人一樣,並同時具有人類的智商和情緒。然而事實上,機器人這個概念包含甚廣,從最簡單的只有單一功能的機械手臂(恩格爾柏格,機器人之父,1961年美國通用公司),到最高階的所謂「人形機器人」,都可以被稱做是機器人。因此,在大家心目中,理想的「人形機器人」或「人型機器人」則是機器人領域中的聖杯,也就是最高目標,估不論是「形體」像真人或是「行為型態」像真人,以目前的科技來說,仍然是相當困難。但是,特斯拉執行長馬斯克(Elon Musk)卻大膽預言,30年後,也就是2050年家家戶戶都會有人形機器人,不知是否真的能夠達到?大家可以拭目以待。

不過就在這幾天,也就是2022年6月9日國際知名期刊《材料》(Matter;網路版)發表了一篇重要論文,讓人形機器人又向前邁出了一大步。論文主要領導人為日本東京大學信息科學與技術研究院的竹內昌治教授(Shoji Takeuchi),他和他的研究團隊成功地將人體皮膚組織包裹在機器人的手指上,同時能夠受傷後癒合。接下來,他們的終極目標則是創造具有感覺、毛囊、毛髮、指甲和汗腺的機器人皮膚,該研究當然引起了各大媒體的報導,筆者也同時引用澳大利亞廣播公司記者威爾科克斯的專文內容與讀者們分享。

▲機器人、模擬人類、人類、假人、皮膚、機械、機械公敵。(示意圖/123RF)
▲竹內昌治的團隊成功地將人體皮膚組織包裹在機器人的手指上。(示意圖/123RF)

矽膠是可以用來包覆機器人外表的材質之一,當使用在大面積平坦的地方時(像是胸部或背部),沒有問題,但是對於手指各個關節處有許多皺褶的地方,包覆起來就比較棘手。另外在功能執行上,手是人類最靈巧的地方,包括切割、裁縫、吹彈和寫字等等,若用扁平的矽膠包覆,則會妨礙一些細微的動作,也必須加以克服。最後在外觀上,雖然遠看時,矽膠和真人皮膚無異,但近距離觀察時,則會意識到是假的。因此,與其找尋人造材料,不如使用真人皮膚。這也是竹內昌治教授所認為的,人類活體皮膚是賦予機器人生物外觀和觸感的終極解決方案,尤其是當它和你握手時。

▲矽膠、整形、隆乳、胸部、假胸、假體。(示意圖/123RF)
▲矽膠是可以用來包覆機器人外表的材質之一。(示意圖/123RF)

 

這次的實驗是這樣進行的,先把人類皮膚的兩個關鍵成分: 膠原蛋白(Collagen)和成纖維細胞(Fibroblasts)放在培養液中,膠原蛋白是皮膚結構和彈性的蛋白質,成纖維細胞則是在傷口修復時起重要作用。再將機器人的手指放入含有這兩種細胞溶液的桶中浸泡,類似恐怖電影裡的人體皮膚細胞浴一樣,接著,液體會黏附手指並且360度地緊緊將其裹住,形成薄膜覆蓋其上,經過兩週的浸泡後,機器人可以擁有大約 1.2 毫米厚的人類真皮層皮膚—與人類手指上發現的 2 毫米厚的皮膚非常相似。 隨後,研究人員再把角質形成細胞塗在手指上,讓它形成表皮,也就是人類皮膚的最外層—防水層,到此便大功告成。接著進行測試,結果令人滿意,機器人的皮膚具有足夠的彈性,強壯且靈活,可以隨著手指移動而拉伸和起皺,其防水能力也與真人皮膚無異。

更厲害的是,這層皮膚甚至可以在受傷後自行癒合,當研究人員使用手術刀,在機器人手指關節處切開一道傷口,然後使用膠原蛋白敷料覆蓋傷口(這是目前治療人類傷口的常用方法),大約一周後,敷料已經和切口融合在一起,傷口不見了,完美癒合。

▲機械手臂、機器人、皮膚、機械、假人。(示意圖/123RF)
▲該研究顯示,機器上的皮膚甚至可以在受傷後自行癒合。(示意圖/123RF)

雖然這次,日本科學家確實在「人形機器人」的領域中邁出了一大步,但是仍然有缺點,原因是這層皮膚,它缺乏任何形式的營養供給循環系統,也就是它沒有像人類皮膚一樣的皮下組織,只有表皮和真皮層,缺乏了血管的供氧和養分補給,因此無法長期在外頭活動,必需定期將其浸入營養溶液中才能保持存活,而不至於乾涸死掉(圖1)。另外,它也不是完美的皮膚類似物,因為它還缺乏感覺神經、毛髮和汗腺等成分。竹內教授自己向媒體表達,請給團隊多一點時間,不久的未來,他們將會開發出更高級的版本,在機器人的皮膚中加入感覺細胞、毛囊和汗腺,甚至他也想加入色素細胞藉此賦予皮膚的顏色。

讀者可以想像一下如果《星際大戰》中沒有機器人C-3PO,只有R2-D2,那肯定讓人覺得科技為何如此落後? C-3PO的存在,當然是為了電影劇情而設計的,但另一方面卻也代表了在人們心中,人形機器人就應該是未來更先進的文明象徵,不僅禮數周到,且不會攻擊人類,更通曉各種語言。目前,許多科幻小說仍將繼續上演充滿“怪力亂神”的機器人角色,例如“人形機器人想推翻人類,自己當家做主”。但是在現實生活中,機器人起義是永遠不可能的,不論是從技術層面,或是市場層面,請大家放心。

參考文獻:
1. M. Kawai et al. Living skin on a robot. Matter. Vol. 5, July 6, 2022. doi: doi.org/10.1016/j.matt.2022.05.019.

圖1、日本東京大學竹內教授提供在網上的照片

▲限潘懷宗外稿配圖使用。(示意圖/潘懷宗提供)

關鍵字: 潘懷宗 機器人

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