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 células humanas es todo un logro. Esta especie de piel viva se ajustó perfectamente a la extremidad artificial y, como sucede con las heridas de verdad, tenía la capacidad de curarse de un corte. Aún queda solventar varios problemas, dotarla de sensibilidad o capacidad para sudar, pero los científicos que lo han hecho creen factible vestir a todo un robot con piel humana.

Por distintas razones, demográficas, económicas y culturales, en Japón tienen especial querencia por los robots humanoides. En otras latitudes no creen necesario darle forma humana a un robot para que haga su función, pero la mayoría de los humanoides son made in Japan. En un artículo en la revista científica Matter, publicado esta semana, científicos 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 información y provocar simpatía. Por encima de los muchos materiales artificiales que se están ensayando, nada mejor que la propia piel humana para lograr esa apariencia.

Estos investigadores eligieron un dedo para comprobar si su idea funcionaba. Además de su reducido tamaño, su índice artificial tenía tres articulaciones como el de verdad. Así podrían estudiar la elasticidad y resistencia de la piel con la que lo iban a vestir. Lo primero que crearon fue su parte más interna, la dermis. Otros científicos 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 colágeno, una proteína que hace de andamiaje para las células del tejido conectivo. Estas células son esencialmente fibroblastos. En su trabajo cubrieron el dedo con colágeno y lo dejaron en un medio de cultivo.

“Las células tienen inhibición por contacto, lo que supone que una vez que se alcanza un determinado número, no proliferan más”

Shoji Takeuchi, profesor de la Universidad de Tokio

Al introducir los primeros fibroblastos, observaron cómo proliferaban e iban ocupando todo el espacio hasta que en torno a los siete días dejaban de dividirse y multiplicarse. ¿Cómo? Lo explica Shoji Takeuchi, profesor de la Universidad de Tokio y principal autor del estudio: “Las células tienen inhibición por contacto, lo que supone que una vez que se alcanza un determinado número, no proliferan más”. Lo siguiente fue la epidermis. Aquí utilizaron queratinocitos. Estas células representan hasta el 90% de la parte más exterior de la piel y cumplen dos funciones esenciales. Por un lado, producen queratina, la principal proteína que da su estructura a la epidermis. Por el otro, sirven de aislante, en especial frente al agua. El análisis histológico mostró que en el dedo robótico seguían haciendo las mismas funciones.

Hasta aquí la parte sencilla de la historia. Como la humana, esta piel está formada por varias capas y fue el mayor reto, según destaca Takeuchi. “Los métodos anteriores de fabricación de pieles vivas solo podían lograr láminas planas de piel. Sería muy difícil usar estas capas para cubrir objetos 3D con superficies irregulares como el cuerpo de los robots; tendrías 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 robótico con una superficie irregular”, añade.

Una vez puesto el traje, había que comprobar si era cómodo. Los investigadores sometieron a la piel del dedo robótico a varias pruebas de resistencia. El movimiento de las articulaciones no dañaba el tejido, que mostraba una elasticidad similar a la de la piel humana. Sin embargo, la resistencia era mucho menor. La resistencia a la tracción de la dermis del robot eran más de 1.000 veces menor que la de la dermis humana (5,6 kilopascales frente a 10-30 megapascales). Están convencidos de que aumentando la concentración de colágeno, la tensión mejoraría.

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 colágeno. En unos días, la replicación de las células había 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 corrompía. Les dio tiempo a realizar los experimentos y poco más. Las diferencias de temperatura y humedad provocaban que el dedo robótico se fuera resecando hasta que dermis y epidermis perdían su apariencia y propiedades. Sin aporte de nutrientes, sangre y oxígeno estaban condenadas. “Planeamos desarrollar una estructura vascular en el interior en el futuro para que pueda mantenerse durante un largo período de tiempo, incluso en contacto con el aire”, concluye Takeuchi.

Lograr que una piel formada por células humanas perdure sobre la superficie de un robot no va a ser fácil. Pero tendría muchas ventajas. Algunas las destaca José Barreiros, investigador en robótica, específicamente en pieles electrónicas, en la Universidad Cornell (Estados Unidos). “Las pieles biológicas tienen características mecánicas fenomenales que son difíciles de replicar con materiales sintéticos, se pueden estirar mucho y por muchos ciclos, son impermeables, son durables, son suaves, entre otros”, dice. Además, desde el punto de vista de la interacción humano-robot, “que el robot tenga piel biológica hace que sea más amigable y seguro, ya que al ser suave es más cómodo al tacto, evitando impactos fuertes”, añade.

“Imagine un robot humanoide que pueda sentir un abrazo de una persona, o que pueda sentirse a sí mismo y entender qué es su cuerpo y qué no lo es”

José Barreiros, investigador en robótica, específicamente en pieles electrónicas, en la Universidad Cornell, Estados Unidos

Barreiros trabaja en un campo que, quizá 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 días publicó, junto a colegas de Cornell, su última investigación sobre una especie de carne electrónica formada por compuestos elásticos (elastómeros) y atravesada por minúsculos cables de fibra óptica que hacían las veces de sistema nervioso. Así, los elastómeros pueden sentir el tacto, la temperatura y hasta el daño. “La carne robótica tiene varias capas que codifican el estímulo háptico (de tacto) en luz: la deformación mecánica es codificada en cambios de intensidad de luz y la temperatura es codificada en cambios del color de la luz”, explica el científico ecuatoriano.

Así, “cuando se presiona una sección de piel robótica, más rayos de luz se dirigen hacia las fibras cercanas al punto de contacto”, percibiendo entonces la sensación táctil. Para la de calor, cuando se calienta una parte de esta piel electrónica, “una de sus capas que contiene nanopartículas cambia de color y, por lo tanto, la luz dentro de la piel también lo hace, por el principio de reflexión”, explica Barreiros. Ese cambio es interpretado por el sistema como un aumento o descenso de la temperatura. La misma red de fibra óptica permite detectar lesiones. Por ejemplo, una incisión por un cuchillo afecta a alguna de estas fibras, creando sombras que la carne interpreta como un daño.

El sistema ideado en Cornell podría aplicarse a cualquier sistema robótico, con forma humana o no, pero encajaría en enfoques como el de la piel humana de los científicos japoneses. “De hecho, mi trabajo está motivado por aplicaciones para agentes artificiales físicos, imagine un robot humanoide que pueda sentir un abrazo de una persona, o que pueda sentirse a sí mismo y entender qué es su cuerpo y qué no lo es, y que pueda darse cuenta de que tuvo un daño en su piel, lo que le ayudaría a aprender qué objetos son seguros y cuáles no y cómo operarlos”, plantea Barreiros.

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