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» 2022年06月13日 06時30分 公開

指型ロボットに自己修復可能な培養皮膚を形成、義手や義足にも応用可能ロボット開発ニュース

東京大学は、人の皮膚細胞から作製される「培養皮膚」を利用し、細胞由来の生きた皮膚を持つ指型のロボットを開発した。人間らしく柔らかい皮膚を模倣するための被覆材として用いられてきたシリコンゴムにはない修復能力を備えており、より人間らしい機能を備えた肌を持つ指型の「バイオハイブリッドロボット」として世界で初めて作製に成功した。

[朴尚洙,MONOist]

 東京大学大学院情報理工学系研究科は2022年6月10日、人の皮膚細胞から作製される「培養皮膚」を利用し、細胞由来の生きた皮膚を持つ指型のロボットを開発したと発表した。これまでヒューマノイドロボットなどで人間らしく柔らかい皮膚を模倣するための被覆材として用いられてきたシリコンゴムにはない修復能力を備えており、より人間らしい機能を備えた肌を持つ指型の「バイオハイブリッドロボット」として世界で初めて作製に成功したとする。今後はロボットだけでなく、義手/義足分野や、皮膚を対象とした化粧品や医薬品の開発、移植素材としての再生医療分野などでの活用も視野に入れる。

指型ロボットの関節運動と表皮組織の確認 上側の(A)は培養皮膚に被覆された指型ロボットの関節運動の様子。皮膚を破壊することなく関節運動を行える。左下の(B)は表皮組織の形成の確認、右下の(C)は表皮組織の特性である撥水性の確認[クリックで拡大] 出所:東京大学

 今回の成果を発表したのは、同研究科 教授の竹内昌治氏と河井理雄氏(研究当時:修士学生)を中心とした研究グループである。

 バイオハイブリッドロボットとは、筋肉や皮膚、感覚組織など生体組織を素材として組み込んだロボットのことである。今回開発したのは、人差し指など3つの関節から成る指を模した関節構造の骨格を対象に、人の皮膚から単離された細胞を培養、増殖させることで作製した培養皮膚によって被覆した指型のバイオハイブリッドロボットとなる。指型にとどまるものの、生きた皮膚をまとったロボットは世界初だという。

 指型ロボットの骨格は中心部を通るワイヤーをモーターが引くことで関節運動を行う。骨格の周囲で真皮組織をゲル化させると真皮組織が激しく収縮し、指型ロボットをぴったりと被覆する培養皮膚が形成される。その後で、培養真皮組織表面全体に表皮細胞を播種して培養を進めると表皮層が形成され、表皮と真皮から成る培養皮膚の組織が作製される。

指型ロボットの骨格と培養皮膚の形成方法 左側の(A)は指型ロボットの骨格。右側の(B)はロボットを被覆する培養皮膚の形成手法。真皮細胞を含んだコラーゲン溶液を培養すると激しく収縮し培養真皮組織を形成する性質を利用し、指型ロボットをぴったりと被覆する培養皮膚組織を作製した[クリックで拡大] 出所:東京大学

 指型ロボットは、被覆素材である培養皮膚を破壊せずに関節運動を行える。培養皮膚の表面に撥水性のある表皮の層が形成されていることも確認した。そしてこの培養皮膚が、人間と同じように再生能力を持つことが大きな特徴になる。指型ロボットを被覆する培養真皮組織は、傷つけられてもコラーゲンシートを傷口に貼ることで修復できる。メスを用いて作られた傷口にコラーゲンシートを貼ると約7日間の培養でコラーゲンシートに真皮細胞が移動し、傷口の接着強度が強まることを確認した。傷口が修復された指型ロボットは、再び関節運動を行うことが可能であり、傷口部分が一体化していることも確認できたという。

 ロボットの導入が工場だけでなく一般社会にも広がり、人間と協働する機会も増えている。そこでロボットは、人間やロボット自身を接触から守るために皮膚のような柔らかい外装を持つことが求められている。しかし、そういった柔らかい外装は細かな裂傷を負いやすく、小さな傷を放置すると大きな裂傷につながってしまうが、ロボットが傷を負うたびに回収して修理を施すのは非常に大きなコストがかかる。そこで、求められていたのが人間の皮膚と同様の自己修復能力だった。

 なお、今回の研究成果は2022年6月9日(現地時間)に米国科学誌「MATTER」のオンライン版に掲載された。

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