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。

» 2022年06月13日 06時30分公開

[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。

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。

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。

⇒その他の「ロボット開発ニュース」の記事はこちら

目指すは「義足界のテスラ」、元ソニー技術者が挑戦するロボット義足開発
モノづくり施設「DMM.make AKIBA」を活用したモノづくりスタートアップの開発秘話をお送りする本連載。第8回は、ロボティクス技術で義足をより使いやすいものに変革しようと研究開発を行うBionicMを紹介する。自身も義足を使用する同社CEOの孫小軍氏は、階段の昇降も容易く、かつ、服で隠す必要のない“カッコいい”デザインの義足を開発したいと意気込む。
人の皮膚を再現した「指ダミー」でけがのリスク評価、パナとトヨタが共同開発
パナソニックは2021年10月15日、トヨタ自動車と共同で指の安全性評価用ツール「指ダミー」を開発したと発表した。生産現場でのロボットや治具などとの挟まれ事故におけるリスクの度合いを客観的に評価できるようになる。
皮膚のように柔らかく、高感度なシート状磁気センサーシステムを開発
大阪大学は、皮膚のように薄膜で軽量の磁気センサーマトリクスシートシステムを開発した。人の肌にも貼付できる柔軟性を持ち、従来の磁気センサーより感度が約10倍向上した。
ピアニストの巧みな指さばきをかなえる生体機能の仕組みを発見
ソニーコンピュータサイエンス研究所が、ピアニストの巧みな指さばきをかなえる感覚運動統合機能の仕組みを発見した。脳神経系が巧緻運動に最適化されているかが、熟達者の個人差を生む要因となっていることが分かった。
世界が挑む「バイオものづくり」、日本は高機能化学品にチャンス
NEDOが短信レポート「環境・エネルギー分野へ貢献するバイオ産業　―バイオものづくりの課題と可能性―」について説明。日本政府の「バイオ戦略」や「グリーン成長戦略」の達成に求められる「バイオものづくり」を、日本国内でどう進めるべきかについての分析を報告した。
ハエの脚裏を模倣して接着と分離を繰り返せる構造を開発、作り方もハエに学ぶ
NIMS（物質・材料研究機構）は、北海道教育大学、浜松医科大学と共同で、ハエを参考に「接着と分離を繰り返せる接着構造」を単純かつ低コストで製作できる新しい製造プロセスの開発に成功した。バイオミメティクス（生物模倣技術）を基に、接着構造だけでなく、作り方もハエの「生きたサナギの中での成長」を模倣することで実現した。