Vzorem pro stavbu umělé kůže byla struktura elastinových a kolagenových vláken lidské kůže, jež zajišťuje pružnost i pevnost. Umělou kůži tvoří síť polyuretanových nanovláken prostoupených iontovou hydrogelovou matricí. Při natažení se stává tužší, odolná vůči trhlinám. Kredit: Wang et al., Nature Communications (2022)

Jestli jsou androidní roboti stále podobnější lidem, pak může být jen otázkou času, že to, co známe jen z některých sci-fi děl, se stane realitou a někdo jednou zcela vážně rozběhne diskuzi například o jejich humanoidních právech. Nemyslitelné? Jak některé nové, a ne vždy tolerantně a demokraticky prosazované „západní hodnoty“ vnímají – nebo by je za svého života vnímali – třeba vaši prarodiče?

Nicméně veřejnost vývoj co nejrealističtějších humanoidních robotů sleduje s nadšeným zájmem a výzkumníci i experti v robotice se snaží své výtvory uzpůsobit co nejvíce k obrazu svému. Zdokonalují nejen androidní umělou inteligenci, mimiku a vzhled do detailů, ale snaží se napodobit i fyzikální vlastnosti samotných materiálů. V tomto směru je kůže velikou výzvou. Ta naše je citlivá na různé podněty, pružná, měkká, a přesto poměrně odolná. Vytrvale se obnovuje a při poranění regeneruje.

Schéma mechanizmu regenerace polyuretanové sítě změnou vazeb mezi atomy síry a iontové hydrogelové matrice pomocí vlhkosti. Kredit: Wang et al., Nature Communications (2022)

Takovými vlastnostmi se může pochlubit i nová umělá iontová kůže, kterou vyvinuli vědci z Východočínské univerzity v Šanghaji (Donghua university) a Centra pro neutronovou vědu v německém Jülichu (Jülich Centre for Neutron Science – JCNS) a popsali v odborném článku zveřejněném v časopisu Nature Communications. Iontově vodivý povrchový materiál tvoří samo se regenerující elastická nanosíť – struktura z různě propletených nanovláken.

Umělá hybridní iontová kůže v optickém mikroskopu. Navzájem propletená polyuretanová nanovlákna v iontové matrici. Kredit: Wang et al., Nature Communications (2022) CCA 4.0.

Tato umělá kůže, na rozdíl od dosavadních variant, podstatně lépe odolává únavě materiálu i při mnohonásobném zatížení a po poškození se sama zacelí. Podobně jako receptory v naši kůži, které při aktivaci vysílají elektrochemické signály přes neurony, i umělá kůže má iontovou vodivost. Do velké míry tak replikuje mechanické a smyslové vlastnosti povrchu lidského těla. Humanoidním robotům by měla umožnit registrovat některé podněty z vnějšího prostředí, například změnu tlaku nebo teploty, podobně jako je přes kůži cítíme i my.

Schopnost umělé kůže napodobňovat vlastnosti té naší vychází z podobné nanovlákenné struktury svého přírodního vzoru – tuhého lešení z kolagenových fibril v pružné a měkké elastinové matrici. Umělou strukturu výzkumníci vytvořili elektrostatickým zvlákňováním syntetického polyuretanu, který může trhlinu při běžné teplotě zacelit díky vzniku nových vazeb mezi dvěma atomy síry porušených nanovláken. Vodivé iontová matrice vznikla odpařením vodného roztoku kopolymeru poly(akrylamid-ko-akrylová kyselina), kyseliny hyaluronové a chloridu vápenatého. Případné praskliny výsledného, částečně hygroskopického hydrogelu se „samoléčí“ vlhkostí. Ve velmi suchém prostředí se však hydrogel stává příliš tuhým a jeho schopnost samo-opravy se snižuje. Výzkumníci doufají, že se jim i toto omezení podaří překonat.

Za podmínek běžné teploty a vlhkosti mají tedy obě základní složky umělé kůže překvapivé samo-regenerační schopnosti a poškození se prý během krátké doby „zahojí“. Přesto, že je iontová umělá kůže elastická, je díky propletenci polyuretanových nanovláken, který deformační sílu rozptyluje, vysoce odolná vůči únavě materiálu a vzniku prasklin. Když se však vytvoří, omezuje jejich další šíření. Při testech i částečně porušená umělá kůže vydržela až 10 tisíc natahovacích cyklů. Její mez únavy by měla dosáhnout až 2 950 J/m², což je mnohem více něž má lidský sval (1 000 J/m²).

Jules Verne psal své vizionářské romány ve druhé polovině 19. století. Nikdo v této době nemohl předvídat, jak za 100 – 150 let realita předčí i ty nejodvážnější předpoklady. Umíme si dnes představit, kam za stejnou dobu pokročí vývoj humanoidních robotů?

Krátké video dokumentující reparační vlastnosti umělé kůže: zde.

Literatura: Nature Communications, techxplore.com

Video: Nejrealističtější humanoidní roboti (The Most Realistic Humanoid Robots in The World)