De la peau humaine pour les robots

Des héros d’action aux méchants assassins, les robots biohybrides composés de matériaux vivants et artificiels ont été au centre de nombreux fantasmes de science-fiction, inspirant les innovations robotiques d’aujourd’hui. Le chemin est encore long jusqu’à ce que des robots à l’apparence humaine marchent parmi nous dans notre vie quotidienne, mais des scientifiques japonais nous en rapprochent un peu plus en fabriquant de la peau humaine vivante sur des robots. La méthode mise au point, présentée le 9 juin dans la revue Matter, a non seulement donné à un doigt robotique une texture semblable à celle de la peau, mais aussi des fonctions hydrofuges et d’autoguérison.

Le doigt a l’air légèrement « moite » dès sa sortie du milieu de culture », explique le premier auteur, Shoji Takeuchi, professeur à l’université de Tokyo, au Japon. « Comme le doigt est entraîné par un moteur électrique, il est également intéressant d’entendre les cliquetis du moteur en harmonie avec un doigt qui ressemble à un vrai. »

Avoir l’air « réel » comme un humain est l’une des principales priorités des robots humanoïdes qui sont souvent chargés d’interagir avec les humains dans les secteurs de la santé et des services. Une apparence humaine peut améliorer l’efficacité de la communication et susciter la sympathie. Si la peau en silicone actuellement fabriquée pour les robots peut imiter l’apparence humaine, elle n’est pas à la hauteur lorsqu’il s’agit de textures délicates comme les rides et elle n’a pas de fonctions spécifiques à la peau. Les tentatives de fabrication de feuilles de peau vivante pour recouvrir les robots ont également connu un succès limité, car il est difficile de les conformer à des objets dynamiques aux surfaces inégales.

« Avec cette méthode, il faut les mains d’un artisan qualifié pour couper et adapter les feuilles de peau », explique M. Takeuchi. « Pour recouvrir efficacement les surfaces avec des cellules de peau, nous avons établi une méthode de moulage de tissu pour mouler directement le tissu de la peau autour du robot, ce qui a permis d’obtenir une couverture de peau sans couture sur un doigt robotisé. »

Pour fabriquer la peau, l’équipe a d’abord immergé le doigt robotisé dans un cylindre rempli d’une solution de collagène et de fibroblastes dermiques humains, les deux principaux composants qui constituent les tissus conjonctifs de la peau. Selon Takeuchi, le succès de l’étude réside dans la tendance naturelle au rétrécissement de ce mélange de collagène et de fibroblastes, qui a rétréci et s’est étroitement conformé au doigt. Comme une couche d’apprêt, cette couche a fourni une base uniforme à laquelle la couche suivante de cellules – des kératinocytes épidermiques humains – a pu adhérer. Ces cellules, qui constituent 90 % de la couche la plus externe de la peau, donnent au robot une texture semblable à celle de la peau et des propriétés de barrière qui retiennent l’humidité.

La peau ainsi fabriquée était suffisamment résistante et élastique pour supporter les mouvements dynamiques du doigt robotisé, qui se courbait et s’étirait. La couche la plus externe était suffisamment épaisse pour être soulevée à l’aide d’une pince à épiler et repoussait l’eau, ce qui présentait divers avantages pour l’exécution de tâches spécifiques, comme la manipulation de minuscules mousses de polystyrène chargées d’électricité statique, un matériau souvent utilisé dans les emballages. Lorsqu’elle est blessée, la peau fabriquée peut même s’autoguérir comme celle des humains grâce à un bandage de collagène, qui se transforme progressivement en peau et résiste aux mouvements répétés des articulations.

« Nous sommes surpris de voir à quel point le tissu cutané se conforme à la surface du robot », déclare Takeuchi. « Mais ce travail n’est que la première étape vers la création de robots recouverts de peau vivante ». La peau développée est beaucoup plus faible que la peau naturelle et ne peut pas survivre longtemps sans un apport constant de nutriments et l’élimination des déchets. Ensuite, Takeuchi et son équipe prévoient de résoudre ces problèmes et d’incorporer des structures fonctionnelles plus sophistiquées dans la peau, comme des neurones sensoriels, des follicules pileux, des ongles et des glandes sudoripares.

« Je pense que la peau vivante est la solution ultime pour donner aux robots l’apparence et le toucher des créatures vivantes, car c’est exactement le même matériau qui recouvre les corps des animaux », déclare Takeuchi.

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