近日，日本科学家为机器人制作了一张图片。「脸」，会笑会动起皱纹。
很多网友看到后联想到了。「终结者」，说到底，图片中的微笑的确与施瓦辛格在《终结者》中的表演非常相似。
事实上，这并非来自科幻电影，而是来自日本东京大学竹内昌治理。（Shoji Takeuchi）河合道雄教授和教授（Michio Kawai）该团队由活体人类皮肤细胞组织制成「机器人脸」。
而这张脸，最有可能先用在人身上。
怎样给机器人披上「人皮」
在过去的十年里，机器人研究人员一直在测试各种材料，希望找到一种材料，它不仅可以保护机器人复杂的机器，而且足够柔软和轻便，但进展缓慢。
虽然目前机器人的硅胶皮肤可以在一定程度上模仿人体皮肤，但在细节上还是不够。不仅机械的附着力难以做到恰当，而且一旦表面被划伤，往往会影响机械的运行，容易直接导致「恐怖谷效应」。
令人恐惧的机器人，何谈为人服务？
恐怖谷效应——当人形机器人或模拟图像变得非常逼真但不完整时，人们会感到强烈的不安和厌恶。
日本科学家竹内昌治的论文《穿孔锚》受皮肤韧带的启发，用于覆盖活体皮肤的机器人面部（PErforation-type anchors inspired by skin ligament for robotic face covered with living skin）》这种方法描述在中间，因为它产生的皮肤是由人类皮肤细胞培养而成的混合物，所以它在视觉上与人类皮肤非常相似，并且在很大程度上解决了机器人皮肤固定的问题。
在人类身上，有一个巨大的韧带网络，将皮肤固定在下层肌肉和组织上。研究人员根据这一想法设计了一个 V 竹内教授对形状的穿孔结构表示：
在固体材料中，通过模仿人体皮肤韧带结构，使用特殊的 V 我们发现了一种将人造皮肤与机械结构结合起来的方法。V 形状穿孔的设计模仿了人体皮肤韧带的结构，使皮肤在不撕裂或剥落的情况下，与机器人的机械部件一起运动。
左边：人的面部结构 右边：机器人面部结构
通过一系列的实验，研究人员对这种穿孔型锚在固定皮肤组织方面的能力进行了测试和评估：
第一，为了显示穿孔锚点覆盖复杂轮廓， 3D 对象上的多功能性，研究人员制造了覆盖皮肤等效物体的产品。 3D 面部装置。
倒入凝胶真皮溶液并孵化 7 天啊，在锚上形成真皮等效物。为模仿人的面部结构，他们还在机器人的面部设置了一些小孔，填充了大量含有弹性材料的凝胶。
接着，人造表皮角质在真皮上接种形成细胞，培养细胞， 17 天啊，最后形成机器人皮肤，有真皮和表皮层。
研究指出，胶原蛋白注射空间的均匀厚度对于实现均匀覆盖非常重要，并发现不同轮廓区域皮肤等效物的厚度发生了变化。
试验还表明，使用穿孔锚点对固定皮肤等效物质非常重要，否则组织会因收缩力而分离。
无锚组织在培养过程中收缩，无法保持其形状。
研究人员制作了不同直径的穿孔锚，以验证穿孔锚抑制皮肤收缩的作用。 (1mm、3mm 和 5mm) 穿孔锚装置，注入含有正常皮肤成纤维细胞的胶原蛋白凝胶，形成真皮等效物，观察 7 天内真皮等效物的收缩情况。
结果显示：
- 样品中没有锚固 7 天内收缩了 84.5%, 而且使用锚固样本的收缩程度大大降低。
- 1mm 直径锚可将收缩限制在直径上 33.6%。
- 3mm 可进一步限制直径锚的收缩。 26.3%。
- 5mm 当时，收缩程度反而增加了。 32.2%。
这种情况可能是由于较大的锚占据了较大的表面积，使组织向中心收缩的距离反而变大。
各种锚点的数量对抑制皮肤收缩的影响
研究人员还评估了锚点数量对锚固性能的影响(利用计算机仿真技术对锚点数量对锚固性能的影响进行评估和分析)。结果表明:
- 锚栓数量越多，皮肤对拉伸力的抵抗力就越强。
- 如果锚栓远离受力点，皮肤在较小的作用力下会有明显的位移。
也就是说，锚栓密度较低的区域允许变形较大，但容易在单个锚上造成集中载荷。相反，较高的锚栓密度可以提供更强的附着力和更低的变形。
这证明穿孔锚对面部皮肤的选择性驱动有潜在的作用，就像人类的面部肌肉一样。换句话说，不同的锚栓密度布局会成为皮肤「表情」设计的关键。
在人类的情感表达中，面部皮肤往往通过收缩拟态肌肉来形成表情。在这种皮肤上，研究人员还通过控制皮肤厚度、锚点密度、锚栓长度等因素，使皮肤有选择性地变形，并再现了类似人脸的微笑。
模拟面部驱动的机器人
为何「皮肤」如此重要
事实上，竹内教授一直主张将人体生物组织与机械材料相结合，制造出更具拟人性的机器人。他认为：
生物皮肤是赋予机器人生物外观和触感的最终解决方案。
2022 2008年，他和他的团队利用胶原蛋白和真皮制成纤维细胞，制作人类真皮手指。
制造出来的人工「皮肤」不但有很好的弹性，而且还能随手指动作起皱和拉伸，与真实手指给人的感觉十分接近。
而且这种皮肤还具有一定的可修复性。研究者将「手指」切成小口，用胶原敷料包扎，在培养皿中静置一周后，胶原蛋白能在一定程度上修复肌肤。
通过这一实验，竹内教授说：
对于皮肤组织与机器人表面的契合，我们感到震惊。
今年 1 月亮，他还提出模仿人体肌肉，制造机器人腿部，制造机械结构生物混合机器人，机械为骨骼，人体组织为皮肉。
尽管现在的人造皮肤看起来还是有些「惊悚」，但是事实上，把机器人做得越来越像人，这是人形机器人的一个重要目标。
这主要是因为人形机器人可以通过模仿人类的外表、表情和动作来提供更自然、更亲切的互动体验。这种相似性使人类在与机器人互动时感到更加舒适，更容易接受和信任他们。竹内昌治说:
人的脸和表情改善了人机交互中的交流和同理心，使机器人在医疗保健、服务和陪伴方面更加有效。
比如在许多科幻电影中，逼真的人皮已经成为人形机器人的标准，甚至在《聊斋》中，美丽的皮肤。「画皮」这也是鬼与人类亲近的必然选择。
显然，人类自然更容易与类似的面孔和行为模式产生情感联系，提供情感支持和陪伴。通过模仿人类的表情、声音和肢体语言，人类机器人可以更顺利地融入人类的工作环境，使用与人类相同的工具和设备，甚至可以胜任演员、模特或艺术家的角色。
新加坡南洋理工大学机械与航天工程学院助理教授王一帆表示，这种皮肤组合给生物混合机器人一种潜力：
它能为机器人感知人类，并安全地与人类互动创造机会。
电影《机械姬》中的人形机器人
但是，尽管实验取得了成功，但是要使用机器人还有很长的路要走，竹内教授说：
首先，在应用于机器人时，我们需要提高皮肤的耐久性和寿命，尤其是解决与营养和水分供应相关的问题。这可能涉及开发和整合血管或其他灌注系统在皮肤中。其次，提高皮肤的机械强度与自然人皮肤的强度相匹配是非常重要的。这就需要优化皮肤中胶原蛋白的结构和浓度。
他还指出，为了真正发挥功能，人造皮肤最终必须能够像佩戴它的机器人一样传达温度、触觉等感官信息，这是竹内教授的下一个研究目标。他说:
通过逐步构建血管、神经、汗腺、皮脂腺、毛囊等基本成分，我们的目标是创造出与真实皮肤功能密切相关的皮肤。
竹内昌治
值得一提的是，如果人造皮肤研究成功，不仅可以用于机器人制造，还可以用于其他领域，如设计制造假肢、治疗烧伤、整容后遗症、面瘫等。河合道雄说:
随着 AI 随着技术的发展和其它几个部分，机器人发挥了更多的作用，机器人皮肤的功能需求也在发生变化。
在一些实验中，研究人员发现，当机器人皮肤长时间保持一种形状时，可以复制皱纹的产生过程：
重现皱纹形成的皮肤模型，可用于化妆品和护肤品的测试，以防止、延缓或改善皱纹形成。
而且这对于化妆品、护肤品的研究、测试，无疑起到了很大的作用。
这个专门为机器人设计的项目「皮肤」，最有可能先用在人身上。
很明显，这项技术能否帮助机器人更像一个人是有争议的，但是它可能会在机器人以外的领域。「无心插柳柳成荫」。
那不是另一种成功吗？
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