Investigadores japoneses usan piel humana para recubrir el dedo de un robot

Es solo un dedo y los tejidos se corrompieron al poco tiempo, pero que un grupo de investigadores japoneses logre recubrir un robot con c¨¦lulas humanas es todo un logro. Esta especie de piel viva se ajust¨® perfectamente a la extremidad artificial y, como sucede con las heridas de verdad, ten¨ªa la capacidad de curarse de un corte. A¨²n queda solventar varios problemas, dotarla de sensibilidad o capacidad para sudar, pero los cient¨ªficos que lo han hecho creen factible vestir a todo un robot con piel humana.

Por distintas razones, demogr¨¢ficas, econ¨®micas y culturales, en Jap¨®n tienen especial querencia por los robots humanoides. En otras latitudes no creen necesario darle forma humana a un robot para que haga su funci¨®n, pero la mayor¨ªa de los humanoides son made in Japan. En un art¨ªculo en la revista cient¨ªfica Matter, publicado esta semana, cient¨ªficos de la Universidad de Tokio sostienen que, en sus interacciones con los humanos, los robots requieren una apariencia humana para mejorar la eficiencia del intercambio de informaci¨®n y provocar simpat¨ªa. Por encima de los muchos materiales artificiales que se est¨¢n ensayando, nada mejor que la propia piel humana para lograr esa apariencia.

Estos investigadores eligieron un dedo para comprobar si su idea funcionaba. Adem¨¢s de su reducido tama?o, su ¨ªndice artificial ten¨ªa tres articulaciones como el de verdad. As¨ª podr¨ªan estudiar la elasticidad y resistencia de la piel con la que lo iban a vestir. Lo primero que crearon fue su parte m¨¢s interna, la dermis. Otros cient¨ªficos han usado diversos derivados de la silicona, pero sin lograr el realismo de la piel. La dermis humana se basa en una matriz extracelular formada por col¨¢geno, una prote¨ªna que hace de andamiaje para las c¨¦lulas del tejido conectivo. Estas c¨¦lulas son esencialmente fibroblastos. En su trabajo cubrieron el dedo con col¨¢geno y lo dejaron en un medio de cultivo.

¡°Las c¨¦lulas tienen inhibici¨®n por contacto, lo que supone que una vez que se alcanza un determinado n¨²mero, no proliferan m¨¢s¡±

Shoji Takeuchi, profesor de la Universidad de Tokio

Al introducir los primeros fibroblastos, observaron c¨®mo proliferaban e iban ocupando todo el espacio hasta que en torno a los siete d¨ªas dejaban de dividirse y multiplicarse. ?C¨®mo? Lo explica Shoji Takeuchi, profesor de la Universidad de Tokio y principal autor del estudio: ¡°Las c¨¦lulas tienen inhibici¨®n por contacto, lo que supone que una vez que se alcanza un determinado n¨²mero, no proliferan m¨¢s¡±. Lo siguiente fue la epidermis. Aqu¨ª utilizaron queratinocitos. Estas c¨¦lulas representan hasta el 90% de la parte m¨¢s exterior de la piel y cumplen dos funciones esenciales. Por un lado, producen queratina, la principal prote¨ªna que da su estructura a la epidermis. Por el otro, sirven de aislante, en especial frente al agua. El an¨¢lisis histol¨®gico mostr¨® que en el dedo rob¨®tico segu¨ªan haciendo las mismas funciones.

Hasta aqu¨ª la parte sencilla de la historia. Como la humana, esta piel est¨¢ formada por varias capas y fue el mayor reto, seg¨²n destaca Takeuchi. ¡°Los m¨¦todos anteriores de fabricaci¨®n de pieles vivas solo pod¨ªan lograr l¨¢minas planas de piel. Ser¨ªa muy dif¨ªcil usar estas capas para cubrir objetos 3D con superficies irregulares como el cuerpo de los robots; tendr¨ªas que tener las manos de un artesano que supiera cortar y confeccionar con destreza¡±, dice. Lo que hicieron ellos fue idear un sistema automatizado ¡°para moldear directamente el tejido que rodea al robot, lo que dio como resultado una cobertura sin costuras en un dedo rob¨®tico con una superficie irregular¡±, a?ade.

Una vez puesto el traje, hab¨ªa que comprobar si era c¨®modo. Los investigadores sometieron a la piel del dedo rob¨®tico a varias pruebas de resistencia. El movimiento de las articulaciones no da?aba el tejido, que mostraba una elasticidad similar a la de la piel humana. Sin embargo, la resistencia era mucho menor. La resistencia a la tracci¨®n de la dermis del robot eran m¨¢s de 1.000 veces menor que la de la dermis humana (5,6 kilopascales frente a 10-30 megapascales). Est¨¢n convencidos de que aumentando la concentraci¨®n de col¨¢geno, la tensi¨®n mejorar¨ªa.

Lo que si lograron fue replicar una de las funciones esenciales de los fibroblastos, su habilidad para cerrar heridas. Lo verificaron cortando la piel sobre una de las articulaciones del dedo. Inspirados en el tratamiento de las quemaduras graves, aplicaron en la zona un gel de col¨¢geno. En unos d¨ªas, la replicaci¨®n de las c¨¦lulas hab¨ªa permitido sellar el corte, ofreciendo la zona una resistencia y elasticidad similar a las zonas sin herir.

Pero, una vez fuera del medio de cultivo, la piel se corromp¨ªa. Les dio tiempo a realizar los experimentos y poco m¨¢s. Las diferencias de temperatura y humedad provocaban que el dedo rob¨®tico se fuera resecando hasta que dermis y epidermis perd¨ªan su apariencia y propiedades. Sin aporte de nutrientes, sangre y ox¨ªgeno estaban condenadas. ¡°Planeamos desarrollar una estructura vascular en el interior en el futuro para que pueda mantenerse durante un largo per¨ªodo de tiempo, incluso en contacto con el aire¡±, concluye Takeuchi.

Lograr que una piel formada por c¨¦lulas humanas perdure sobre la superficie de un robot no va a ser f¨¢cil. Pero tendr¨ªa muchas ventajas. Algunas las destaca Jos¨¦ Barreiros, investigador en rob¨®tica, espec¨ªficamente en pieles electr¨®nicas, en la Universidad Cornell (Estados Unidos). ¡°Las pieles biol¨®gicas tienen caracter¨ªsticas mec¨¢nicas fenomenales que son dif¨ªciles de replicar con materiales sint¨¦ticos, se pueden estirar mucho y por muchos ciclos, son impermeables, son durables, son suaves, entre otros¡±, dice. Adem¨¢s, desde el punto de vista de la interacci¨®n humano-robot, ¡°que el robot tenga piel biol¨®gica hace que sea m¨¢s amigable y seguro, ya que al ser suave es m¨¢s c¨®modo al tacto, evitando impactos fuertes¡±, a?ade.

¡°Imagine un robot humanoide que pueda sentir un abrazo de una persona, o que pueda sentirse a s¨ª mismo y entender qu¨¦ es su cuerpo y qu¨¦ no lo es¡±

Jos¨¦ Barreiros, investigador en rob¨®tica, espec¨ªficamente en pieles electr¨®nicas, en la Universidad Cornell, Estados Unidos

Barreiros trabaja en un campo que, quiz¨¢ en el futuro, se cruce con el de los investigadores de la Universidad de Tokio, dotando a estas pieles de origen humano de la capacidad de sentir. Hace unos d¨ªas public¨®, junto a colegas de Cornell, su ¨²ltima investigaci¨®n sobre una especie de carne electr¨®nica formada por compuestos el¨¢sticos (elast¨®meros) y atravesada por min¨²sculos cables de fibra ¨®ptica que hac¨ªan las veces de sistema nervioso. As¨ª, los elast¨®meros pueden sentir el tacto, la temperatura y hasta el da?o. ¡°La carne rob¨®tica tiene varias capas que codifican el est¨ªmulo h¨¢ptico (de tacto) en luz: la deformaci¨®n mec¨¢nica es codificada en cambios de intensidad de luz y la temperatura es codificada en cambios del color de la luz¡±, explica el cient¨ªfico ecuatoriano.

As¨ª, ¡°cuando se presiona una secci¨®n de piel rob¨®tica, m¨¢s rayos de luz se dirigen hacia las fibras cercanas al punto de contacto¡±, percibiendo entonces la sensaci¨®n t¨¢ctil. Para la de calor, cuando se calienta una parte de esta piel electr¨®nica, ¡°una de sus capas que contiene nanopart¨ªculas cambia de color y, por lo tanto, la luz dentro de la piel tambi¨¦n lo hace, por el principio de reflexi¨®n¡±, explica Barreiros. Ese cambio es interpretado por el sistema como un aumento o descenso de la temperatura. La misma red de fibra ¨®ptica permite detectar lesiones. Por ejemplo, una incisi¨®n por un cuchillo afecta a alguna de estas fibras, creando sombras que la carne interpreta como un da?o.

El sistema ideado en Cornell podr¨ªa aplicarse a cualquier sistema rob¨®tico, con forma humana o no, pero encajar¨ªa en enfoques como el de la piel humana de los cient¨ªficos japoneses. ¡°De hecho, mi trabajo est¨¢ motivado por aplicaciones para agentes artificiales f¨ªsicos, imagine un robot humanoide que pueda sentir un abrazo de una persona, o que pueda sentirse a s¨ª mismo y entender qu¨¦ es su cuerpo y qu¨¦ no lo es, y que pueda darse cuenta de que tuvo un da?o en su piel, lo que le ayudar¨ªa a aprender qu¨¦ objetos son seguros y cu¨¢les no y c¨®mo operarlos¡±, plantea Barreiros.

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