イタリアの研究者は3Dプリントを使用して皮膚を作成し、将来ロボットに触覚を与えることができるようになる

この投稿は Bingdunxiong によって 2022-7-10 14:28 に最後に編集されました

南極熊の紹介: 科学技術の発展に伴い、バイオニックロボット技術も絶えず向上しています。ロボットといえば、かわいい人型コンピュータ「エンジェルハート」や冷血な「ターミネーター」を思い浮かべますか？いずれもロボットですが、現在のロボットに比べると知能が高いだけでなく、生物ならではの触覚知覚能力も備えています。いつか人間がロボットに人間と同様の触覚を感知する能力を与えることができたら、ロボットに何をしてほしいと思いますか?

2022年7月10日、Antarctic Bearは、イタリアの研究者グループが3Dプリント技術を使用して、ロボットの触覚知覚能力を向上させる人工皮膚を開発していることを知りました。

△ 3Dプリント人工皮膚ヴェネツィアのサンタナ高等学校、カ・フォスカリ大学、ローマ・ラ・サピエンツァ大学の研究者らが、ルフィニ小体の機能を模倣することに成功した3Dプリント皮膚を開発しました。

ルフィニ小体は、人体の皮下組織に存在する細胞で、圧力、伸張、振動、温度、特にせん断力を監視できます (一般的に、関節周囲の靭帯、硬膜、関節包、通常の伸張に関連する組織の外側の繊維層、皮膚、表層筋膜に存在します)。

この研究の意義は、ロボットの表面に貼り付けられ、多層畳み込みニューラルネットワーク (CNN) に基づくディープラーニングアルゴリズムと組み合わせると、皮膚がロボットと物体の間の力と接触点を推定できるようになり、将来的にはより安全な人間とロボットのコラボレーションが可能になる可能性があることです。

この論文の詳細な研究内容は、「ファイバーブラッググレーティングとディープニューラルネットワークを使用してルフィニ小体の機能をシミュレートし、バイオニック大面積タッチセンシティブスキンを実現する」でご覧いただけます (ここをクリックして転送)
3Dプリント人工皮膚 バイオプリントされた皮膚や移植片は、病気のモデル化、新しい治療法の有効性のテスト、動物実験の代替手段として使用できるため、近年ますます注目され、開発が進んでいます。

△冷プラズマ技術は、感染した火傷の治療や皮膚移植の創傷治癒に使用されています。同時に、バイオプリント皮膚も創傷治癒を促進するより効果的な方法として注目を集めています。たとえば、NOVOPLASM コンソーシアムは感染した火傷や皮膚移植の治療に低温プラズマ技術を開発しており、バーミンガム大学とハダーズフィールド大学の SLAM 3D バイオプリンティング技術は慢性皮膚創傷の治療に使用できます。

さらに、3D プリントされた皮膚は遠く離れた宇宙でもテストされています。国際宇宙ステーション (ISS) の宇宙飛行士は、宇宙環境での外傷をより効果的に治療するために、自分の細胞からバイオプリントされた包帯を開発しています。

△皮膚に埋め込まれた機械センサーとセンサーフィールドの相互作用（受容野は畳み込みニューラルネットワークにおける最も重要な概念の1つです）
ロボットの触覚感知の改善<br /> しかし、イタリアの研究チームのバイオプリント人工皮膚には別の目的があり、それはロボットに触覚を持たせることだ。特に、この研究の成果は、公共の場、家庭、医療施設、オフィスなど、現実世界のさまざまな環境で人間と対話する移動ロボットのパフォーマンスを向上させる可能性があります。

研究者たちは、既存および将来のロボットに人間のような生物学的感覚能力を与えることで、さまざまな対話型および手動タスクにおける移動ロボットのパフォーマンスを向上させ、産業現場で人間と一緒に作業する際の安全リスクを軽減したいと考えている。

これを達成するために、研究チームは、皮膚と外部物体との相互作用を検知する小さくてゆっくりと適応する細胞であるルフィニ小体の機能を再現することに焦点を当てました。

研究者らは3Dプリント技術を使用して、柔らかく、曲げやすく、伸縮可能な特性を持つ厚さ8mmのポリマー層を作成し、長さ430mmの光ファイバーを統合しました。現在、バイオニック「皮膚」は人間の前腕の部分に似ており、光ファイバー内のファイバーブラッググレーティング（FBG）センサーはルフィニ小体の機能を模倣することができます。

この皮膚はロボットに取り付けられ、AIが周囲の変化を検知できるようになります。

△隣接するFBG間のクロストークFBGセンサーの出力データを解読するために、研究チームはCNNベースのディープラーニングアルゴリズムとマルチグリッドニューロン統合技術を開発し、ロボットに外部刺激の力と接触点を知らせることができるようになりました。その後、3Dバイオプリントされた皮膚とアルゴリズムを一連のテストにかけた。研究チームは、これらのシミュレーションでは、ロボットの力の適用のテストに現時点で非常に満足しており、将来的にも成功する可能性が高いと主張している。

研究者らは論文の中で、自分たちの発見がバイオニックな人間の皮膚への道を開き、将来的に人間と機械のより安全な協働を可能にする可能性があると述べた。将来的には、モジュール式の皮膚パッチを組み合わせてさまざまなロボットの構造や形状に合わせることができるため、バイオプリントされた皮膚をさまざまなヒューマノイドロボットに実装できると研究チームは述べている。

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