과학자들은 “살아있는 인간의 피부”를 사용하여 로봇의 얼굴을 만들었습니다. 로봇은 웃고 울게 만들었습니다.

최근 일본 과학자들은 웃고, 움직이고, 주름을 가질 수 있는 로봇의 '얼굴'을 만들었습니다.

많은 네티즌들은 이를 보고 '터미네이터'를 떠올렸다. 결국 사진 속 미소는 '터미네이터'에서 슈워제네거가 연기한 모습과 꼭 닮았다.

이것은 실제로 공상과학 영화에서 나온 것이 아니라 일본 도쿄대 다케우치 쇼지 교수와 가와이 미치오 연구팀이 살아있는 인간 피부세포 조직을 사용해 만든 '로봇 얼굴'이다.

그리고 이 얼굴은 사람에게 먼저 사용될 가능성이 가장 높습니다.

로봇에 '인간의 피부'를 입히는 방법

로봇공학 연구자들은 로봇의 복잡한 기계를 보호하면서도 충분히 부드럽고 가벼울 수 있는 재료를 찾기 위해 10년 넘게 다양한 재료를 실험해 왔지만 진전은 더뎠습니다.

현재 로봇의 실리콘 피부는 인간의 피부를 어느 정도 모방할 수 있지만 기계에 적절한 접착을 얻기 어려울 뿐만 아니라 표면이 긁히면 기계적 기능에 영향을 미치는 경우가 많습니다. . 이는 쉽게 "불쾌한 계곡 효과"로 직접 이어질 수 있습니다.

사람을 겁주는 로봇을 보면 어떻게 사람을 섬기는 것에 대해 이야기할 수 있겠습니까?

일본 과학자 다케우치 쇼지(Shoji Takeuchi)는 자신의 논문 "살아있는 피부로 덮인 로봇 얼굴의 피부 인대에서 영감을 얻은 천공형 앵커(살아있는 피부로 덮인 로봇 얼굴의 피부 인대에서 영감을 얻은 천공형 앵커)"에서 이 방법을 설명했는데, 이것이 피부를 생성하기 때문입니다. 인간의 피부 세포가 혼합되어 있어 인간의 피부와 매우 유사하게 보이고 느껴지며 로봇 피부 고정 문제를 상당 부분 해결합니다.

인간에게는 피부를 밑에 있는 근육과 조직에 고정시키는 거대한 인대 네트워크가 있습니다. 연구진은 이 아이디어를 따라 V자 모양의 천공 구조를 설계했습니다.

인간 피부의 인대 구조를 모방하고 고형 물질에 특수 설계된 V자형 천공을 사용하여 인공 피부와 기계적 구조를 결합하는 방법을 발견했습니다. V자 모양의 천공 디자인은 인간 피부 인대 구조를 모방해 피부가 찢어지거나 벗겨지지 않고 로봇의 기계 부품과 함께 움직일 수 있도록 해준다.

연구원들은 또한 일련의 실험을 통해 이 천공 앵커가 피부 조직을 고정하는 능력을 테스트하고 평가했습니다.

첫째, 복잡한 윤곽을 덮는 3D 물체에 천공된 앵커의 다양성을 입증하기 위해 연구원들은 피부 등가물로 덮힌 3D 안면 장치를 제작했습니다.

겔 진피 용액을 붓고 7일 동안 배양하여 앵커에 고정된 진피 등가물을 형성했습니다. 인간의 얼굴 구조를 모방하기 위해 로봇의 얼굴에 작은 구멍 몇 개를 뚫고 그 안에 탄성 물질이 함유된 다량의 젤을 채웠습니다.

다음으로 진피층에 인공표피각화세포를 접종하고 17일간 배양하여 최종적으로 진피층과 표피층을 갖춘 로봇피부를 형성하였다.

연구에서는 콜라겐 주입 공간의 균일한 두께가 균일한 적용 범위를 달성하는 데 중요하며 피부 등가물은 윤곽 영역에 따라 두께가 다양하다는 사실을 발견했습니다.

또한 실험에 따르면 천공 앵커를 사용하는 것이 피부 등가물을 확보하는 데 중요합니다. 그렇지 않으면 조직이 수축력으로 인해 분리됩니다.

연구진은 천공 앵커가 피부 수축을 억제하는 효과를 확인하기 위해 다양한 직경(1mm, 3mm, 5mm)의 천공 앵커를 갖춘 장치를 제작하고, 인간 정상 피부 섬유아세포가 포함된 콜라겐 젤을 장치에 주입하여 진피와 동등한 진피를 형성했습니다. , 진피 상당량의 수축이 7일 동안 관찰되었습니다.

결과는 다음과 같습니다.

• 앵커가 없는 샘플은 7일 이내에 84.5% 감소한 반면, 앵커가 있는 샘플은 훨씬 덜 줄어들었습니다.
• 1mm 직경의 앵커는 수축을 33.6%로 제한합니다.
• 3mm 직경의 앵커는 수축을 26.3%로 더욱 제한합니다.
• 5mm에서는 수축 정도가 32.2% 증가했습니다.

이는 앵커가 클수록 더 많은 표면적을 차지하여 조직이 중앙쪽으로 더 수축되기 때문일 수 있습니다.

또한 연구원들은 유한요소법(컴퓨터 시뮬레이션 기술을 사용하여 앵커 포인트 수가 앵커 성능에 미치는 영향을 평가 및 분석)을 통해 앵커 포인트 수가 앵커 성능에 미치는 영향을 평가했습니다. 결과는 다음과 같습니다.

• 앵커 수가 많을수록 피부가 늘어나는 힘에 대한 저항력이 커집니다.
• 앵커 볼트가 응력 지점에서 멀리 떨어져 있으면 작은 힘에도 피부가 상당한 변위를 겪게 됩니다.

즉, 앵커 밀도가 낮은 영역은 더 큰 변형을 허용하지만 단일 앵커에 집중된 하중을 발생시키는 경향이 있습니다. 반대로, 앵커 밀도가 높을수록 접착력은 더 강해지고 변형은 낮아질 수 있습니다.

이는 인간의 안면 근육과 마찬가지로 안면 피부의 선택적 작동을 위한 천공 앵커의 잠재적인 유용성을 보여줍니다. 즉, 피부에 서로 다른 앵커 밀도를 배열하는 것이 피부의 "표현" 디자인의 핵심이 될 것입니다.

인간의 감정 표현에서 얼굴 피부는 모방 근육의 수축을 통해 표현을 형성하는 경우가 많습니다. 또한 연구진은 이 피부에서 피부 두께, 앵커 포인트 밀도, 앵커 길이 및 기타 요인을 제어하여 피부를 선택적으로 변형하고 인간의 얼굴과 유사한 미소를 재현했습니다.

'피부'가 중요한 이유

실제로 다케우치 교수는 인간의 생물학적 조직과 기계 재료를 결합하여 보다 의인화된 특성을 지닌 로봇을 만들 것을 항상 주장해 왔습니다. 그는 생각:

살아있는 피부는 로봇에게 생물학적 모양과 느낌을 부여하는 궁극적인 솔루션입니다.

2022년 그와 그의 팀은 콜라겐과 피부 섬유아세포를 사용하여 인간과 유사한 피부 손가락을 만들었습니다.

만들어진 인공 '피부'는 탄력이 좋을 뿐만 아니라, 손가락의 움직임에 따라 주름이 생기고 늘어날 수 있어 사람들에게 실제 손가락과 매우 가까운 느낌을 줍니다.

그리고 피부에도 어느 정도 회복성이 있습니다. 연구진은 "손가락"에 작은 절개를 하고 이를 콜라겐 드레싱으로 감싸서 일주일 동안 페트리 접시에 방치한 후 콜라겐이 피부를 어느 정도 복구할 수 있었습니다.

이 실험이 끝난 후 다케우치 교수는 이렇게 말했습니다.

우리는 피부 조직이 로봇 표면과 얼마나 잘 일치하는지 보고 놀랐습니다.

올해 1월에는 인간의 근육을 모방해 로봇 다리를 만들자고 제안해 기계를 뼈로, 인간 조직을 피부와 살로 갖춘 기계적 구조의 바이오하이브리드 로봇을 만들자고 제안했다.

오늘날의 인공 피부는 여전히 다소 "무서운" 것처럼 보이지만 사실 로봇을 점점 더 인간과 비슷하게 만드는 것은 휴머노이드 로봇의 중요한 목표 중 하나입니다.

이는 주로 휴머노이드 로봇이 외모, 표정, 동작 등에서 인간을 모방함으로써 보다 자연스럽고 친근한 상호작용 경험을 제공할 수 있기 때문이다. 이러한 유사성은 인간이 로봇과 상호 작용할 때 더 편안함을 느끼게 하여 로봇을 더 쉽게 받아들이고 신뢰하게 만듭니다. 타케우치 쇼지는 이렇게 말했습니다.

인간과 같은 얼굴과 표정은 인간과 로봇의 상호 작용에서 의사소통과 공감을 향상시켜 로봇이 의료, 서비스 및 교제 분야에서 더욱 효과적이게 만듭니다.

예를 들어, 많은 공상 과학 영화에서 사실적인 인간 피부는 인간형 로봇의 표준 기능이 되었습니다. 심지어 "Liao Zhai"에서도 아름다운 "채색된 피부"는 유령이 인간에게 다가가기 위한 불가피한 선택입니다.

분명히, 인간은 자연스럽게 비슷한 얼굴과 행동 패턴으로 정서적 연결을 형성하여 정서적 지원과 동료애를 제공할 가능성이 더 높습니다. 휴머노이드 로봇은 인간의 표정, 목소리, 신체 언어를 모방함으로써 인간의 작업 환경에 보다 원활하게 통합되고 인간과 동일한 도구와 장비를 사용하며 배우, 모델 또는 예술 창작자의 역할까지 수행할 수 있습니다.

싱가포르 난양기술대학교 기계항공우주공학부 조교수인 왕이판(Wang Yifan)은 이 피부 조합이 바이오하이브리드 로봇에게 다음과 같은 느낌을 줄 수 있는 잠재력을 제공한다고 말했습니다.

이는 로봇이 인간을 감지하고 안전하게 상호 작용할 수 있는 기회를 만들 수 있습니다.

그러나 실험은 성공했지만 로봇에 사용되기까지는 아직 갈 길이 멀다고 타케우치 교수는 말했습니다.

첫째, 로봇에 적용 시 배양된 피부의 내구성과 수명을 향상시켜야 하며, 특히 영양 및 수분 공급과 관련된 문제를 해결해야 합니다. 이는 피부 내 통합된 혈관이나 기타 관류 시스템의 발달을 포함할 수 있습니다. 둘째, 자연적인 인간 피부와 일치하도록 피부의 기계적 강도를 높이는 것이 중요합니다. 이를 위해서는 배양된 피부 내 콜라겐 구조와 농도를 최적화해야 합니다.

또한 인공피부가 제대로 기능하려면 궁극적으로 이를 착용한 로봇에게 온도, 촉각 등의 감각정보를 전달할 수 있어야 하며 이것이 다케우치 교수의 다음 연구 목표라고 지적했다.

우리의 목표는 혈관, 신경, 땀샘, 피지선, 모낭 등의 기본 구성 요소를 점진적으로 구축하여 실제 피부의 기능과 거의 유사한 피부를 만드는 것입니다.

인공피부에 대한 연구가 성공하면 로봇 제작뿐만 아니라 보철물 설계 및 제작, 화상 치료, 미용 후유증, 안면마비, 안면마비 등 다른 분야에도 활용 가능성이 크다는 점은 언급할 만하다. 등. 가와이 미치오 익스프레스 :

AI 기술 등의 발전으로 로봇이 더 많은 역할을 맡게 되면서 로봇 스킨의 기능적 요구 사항도 변화하고 있습니다.

일부 실험에서 연구자들은 로봇 피부가 오랫동안 한 형태를 유지할 때 주름 생성 과정을 복제할 수 있다는 것을 발견했습니다.

주름 형성을 재현하는 피부 모델은 주름 형성을 예방, 지연 또는 개선하도록 고안된 화장품 및 피부 관리 제품 테스트에 잠재적으로 사용될 수 있습니다.

이는 의심할 여지 없이 새로운 화장품과 스킨케어 제품을 연구하고 테스트하는 데 큰 역할을 할 것입니다.

로봇을 위해 특별히 제작된 이 "피부"는 인간에게 먼저 사용될 가능성이 높습니다.

물론, 이 기술이 로봇을 더욱 인간처럼 만드는 데 도움이 될 수 있는지에 대해서는 여전히 논란이 있지만 로봇 이외의 분야에서도 사용될 수 있습니다.

이것은 또 다른 성공이 아닌가?

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Ai Faner | 원본 링크 · 댓글 보기 · Sina Weibo