Un visage de robot souriant, fabriqué à partir de cellules cutanées humaines vivantes, pourrait un jour être attaché à un robot humanoïde, permettant ainsi aux machines d’exprimer des émotions et de communiquer de manière plus réaliste, selon des chercheurs. Cette avancée repose sur un mélange de cellules cutanées humaines cultivées dans une structure de collagène, placée au-dessus d’une base en résine imprimée en 3D. Contrairement à des expériences similaires antérieures, cette peau contient également l’équivalent des ligaments qui, chez les humains et les autres animaux, sont enfouis dans la couche de tissu sous-cutané, lui conférant une incroyable résistance et flexibilité.Michio Kawai, de l'université de Harvard, et ses collègues appellent ces équivalents ligamentaires des « ancrages de type perforation », car ils ont été créés en perforant la base en résine du robot et en permettant à de minuscules cavités en forme de V de se remplir de tissu vivant. Cela permet à la peau du robot de rester en place.
L'équipe a placé la peau sur un visage robotique souriant, large de quelques centimètres, qui est déplacé par des tiges reliées à la base. La peau a également été attachée à une forme 3D de taille similaire en forme de tête humaine (voir ci-dessous), mais celle-ci ne pouvait pas bouger.
« Avec le développement de la technologie de l'intelligence artificielle et d'autres avancées qui élargissent les rôles des robots, les fonctions requises pour la peau des robots commencent également à changer », explique Kawai, ajoutant qu'une peau semblable à celle de l'homme pourrait aider les robots à mieux communiquer avec les gens.
Outre son application dans les robots, cette technologie pourrait avoir des avantages surprenants pour l’industrie cosmétique. En effet, lors d’une expérience, les chercheurs ont fait sourire le petit visage robotique pendant un mois, constatant qu’ils pouvaient reproduire la formation de rides d’expression sur la peau. Cela pourrait servir à tester de nouveaux produits cosmétiques et de soins de la peau visant à prévenir, retarder ou améliorer la formation des rides. « Le fait de pouvoir recréer la formation des rides sur une puce de laboratoire de la taille d'une paume peut être utilisé simultanément pour tester de nouveaux produits cosmétiques et de soins de la peau visant à prévenir, retarder ou améliorer la formation des rides », explique Kawai, qui a réalisé ces travaux alors qu'il était à l'université de Tokyo.
Cependant, il est important de noter que cette peau artificielle ne possède pas encore toutes les fonctions et la durabilité de la peau humaine réelle. Elle ne peut pas survivre longtemps dans l’air en raison de l’absence de fonctions sensorielles et de vaisseaux sanguins pour fournir des nutriments et de l’humidité. Les chercheurs travaillent actuellement sur l’intégration de mécanismes neuronaux et de canaux de perfusion dans le tissu cutané pour résoudre ces problèmes.
« L'absence de fonctions sensorielles et de vaisseaux sanguins pour fournir des nutriments et de l'humidité signifie qu'elle ne peut pas survivre longtemps dans l'air », explique-t-il. « Pour résoudre ces problèmes, le défi actuel consiste à incorporer des mécanismes neuronaux et des canaux de perfusion dans le tissu cutané ».
La première peau électronique 3D au monde donne aux robots un sens du toucher imitant celui de l'homme
Cette démonstration est à mettre en parallèle avec celle des scientifiques chinois qui ont développé une peau électronique architecturée en trois dimensions (3D) qui promet de révolutionner la façon dont les robots interagissent avec leur environnement. Cette innovation, qui permet de décoder la pression, le frottement et la déformation en temps réel, ouvre de nouvelles perspectives pour les applications médicales et la robotique humanoïde.
Conçue à l’Université Tsinghua sous la direction du professeur Zhang Yihui, cette peau électronique est capable de détecter trois signaux mécaniques : la pression, le frottement et la déformation. Elle imite les fonctions sensorielles de la peau humaine, permettant ainsi une perception externe précise. Le professeur Zhang explique que cette peau électronique peut être installée sur les extrémités des robots médicaux pour un diagnostic et un traitement précoces, ou appliquée comme un pansement sur la peau humaine pour surveiller en temps réel des données de santé telles que l’oxygène sanguin et le rythme cardiaque.
La peau électronique « possède un grand nombre de cellules réceptrices tactiles qui sont densément disposées et ont une distribution spatiale tridimensionnelle, ce qui permet de percevoir avec précision les stimuli externes », a-t-il ajouté.
Le décodage simultané des signaux de pression, de friction et de déformation a constitué un défi important dans le développement de cette technologie. La nouvelle peau électronique surmonte cet obstacle grâce à une structure imitant la peau humaine, comprenant l'épiderme, le derme et le tissu sous-cutané.
Des peaux électroniques ont déjà été mises au point. L'une d'entre elles, notamment, a été mise au point par des scientifiques de Stanford l'année dernière. Elle est capable de communiquer directement avec le cerveau et d'imiter les réactions sensorielles de la peau réelle. « Nous nous sommes inspirés du système naturel et avons voulu l'imiter. Peut-être pourrons-nous un jour aider les patients à restaurer non seulement leur fonction motrice, mais aussi leurs sensations », a déclaré Weichen Wang, de l'université de Stanford, à Tech Xplore.
La peau électronique pourrait également être utilisée pour habiller les robots afin qu'ils ressentent les mêmes sensations que les humains. Cela est essentiel pour la sécurité des industries où les robots et les humains ont des interactions physiques, comme le passage d'outils dans un atelier de fabrication.
Mais la sensation du toucher est complexe. La peau humaine possède des millions de récepteurs qui perçoivent les piqûres, les pressions, les écrasements ou les brûlures. Ils réagissent en envoyant des impulsions électriques au cerveau, par l'intermédiaire des nerfs. Le cerveau réagit en renvoyant des informations aux muscles pour qu'ils bougent.
La peau biologique est souple et peut s'étirer, de manière répétée, pendant plusieurs décennies.
L'équipe de Stanford, dirigée par Zhenan Bao, professeur de génie chimique, travaille depuis plusieurs années à la conception d'une peau électronique. Mais une première tentative utilisait des composants électroniques rigides et une puissance de 30 volts, ce qui nécessite 10 piles et n'est pas sans danger. De plus, il n'était pas possible de l'étirer en permanence sans qu'elle perde ses propriétés électriques.
« L'obstacle n'était pas tant de trouver des mécanismes pour imiter les remarquables capacités sensorielles du toucher humain que de les réunir en utilisant uniquement des matériaux ressemblant à de la peau », a déclaré Bao dans un communiqué.
La peau électronique développée par l'équipe de Stanford l'année dernière est innovante parce qu'elle utilise des couches en réseau de transistors organiques extensibles qui perçoivent et transmettent des signaux électriques. Lorsqu'elles sont prises en sandwich, les couches n'ont qu'une épaisseur de 25 à 50 microns, aussi fine qu'une feuille de papier, semblable à celle de la peau.
Source : NewScientist
Et vous ?
Éthique et émotions artificielles : quelles sont les implications éthiques de doter les robots d’une peau humaine et de la capacité d’exprimer des émotions ? Devrions-nous nous inquiéter de la manipulation émotionnelle par des machines ? Intelligence émotionnelle des robots : si les robots pouvaient exprimer des émotions, comment cela changerait-il notre interaction avec eux ? Pourriez-vous vous attacher à un robot doté d’une “peau” émotionnelle ? Impact sur la perception des robots : comment pensez-vous que le public réagirait à des robots avec des visages souriants et expressifs ? Cela les rendrait-il plus acceptables ou plus effrayants ? Applications pratiques : outre les robots humanoïdes, quelles autres applications pourraient bénéficier de cette technologie de peau artificielle ? Pensez aux domaines tels que la médecine, la cosmétique ou même le divertissement. Limitations et défis : quels sont les principaux obstacles à surmonter pour rendre cette technologie viable à grande échelle ? Comment pouvons-nous résoudre les problèmes liés à la durabilité, à l’alimentation en nutriments et à l’entretien de la peau artificielle ? 
