世界初！東大大学院の研究グループが生きた皮膚で覆われた「修復能をもつ培養皮膚付きロボット」の開発に成功

ヒューマノイドなどのロボットは従来シリコンゴムで被覆されることで人間らしく柔らかい皮膚を備えてきたが、ロボットが従来人間の行っていた仕事を代替していく中、 シリコンゴムには自己修復やセンシング、廃熱(発汗)など人間らしい能力を備えていないという課題が残っている。

この課題に対し、東京大学大学院情報理工学系研究科の竹内昌治教授、河井理雄大学院生(研究当時：修士学生)を中心とした研究グループは、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。

同研究では「培養皮膚」をロボットの被覆素材として活用することで、修復能力など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を作製することに世界で初めて成功。同研究成果は、2022年6月9日(米国東部夏時間)に米国科学誌「MATTER」のオンライン版に掲載された。

同研究で開発された培養皮膚付きロボットの作製に関わる要素技術である培養皮膚は、将来のヒューマノイドロボットの被覆材料のみならず、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等での活用が期待される。

発表内容について

先が読めない人間社会でロボットがヒトと協働する時、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おり、さらに、そのような柔らかい外装は細かな裂傷を負いやすいため、自己修復能力を持つことが期待されている。周囲環境との接触によって柔らかい外装が負う小さな傷は放置することで大きな裂傷に繋がるが、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からだ。そこで、同研究では人の皮膚から単離された細胞を培養し、増殖させる事で作製した「培養皮膚」 を用いて立体物を被覆する手法を開発し、生きた皮膚で纏われた世界初のロボットを作製した。 培養皮膚に被覆されたロボットの作成手法は以下の図に記載している。

図1A に示すように骨格となるロボットは3関節の指形状をしており、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。指型ロボット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。また、その後に培養真皮組織表面全体に表皮細胞を播種し培養を進めることで表皮層が形成され、培養皮膚組織が作製される(図1B)。
図2A が示すように指型ロボットは形成された培養皮膚を破壊することなく関節運動を行うことが可能であり、また培養皮膚表面には撥水性のある表皮の層が形成されていることが確認できる(図2B、C)。 また、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することが可能。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7日間ほど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が同研究で確認された。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る。

発表のポイント

◆培養された皮膚によって覆われた指型ロボットの作製に成功。
◆立体物を被覆する培養皮膚を作製する手法を明らかにした。
◆作製した皮膚につけた切り傷がコラーゲンシートを貼ることで修復することを示した。

発表雑誌

発表者

・竹内 昌治 氏（東京大学 大学院情報理工学系研究科 知能機械情報学専攻 教授)
・ニエ ミンハオ 氏（東京大学 大学院情報理工学系研究科 知能機械情報学専攻 助教)
・河井 理雄 氏（東京大学 大学院情報理工学系研究科 知能機械情報学専攻 修士学生 ※研究当時)

用語解説

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