Robot từ lâu đã được chế tạo để bắt chước con người, từ dáng đi, giọng nói cho đến khả năng tương tác. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu Nhật Bản đang đẩy ý tưởng này tiến thêm một bước khi đưa mô da người nuôi cấy lên khuôn mặt robot. Kết quả là một gương mặt có thể biến dạng theo chuyển động của cơ cấu bên dưới và tạo thành nụ cười. Công trình do nhóm của giáo sư Shoji Takeuchi tại Đại học Tokyo thực hiện, được công bố trên Cell Reports Physical Science năm 2024, đang mở ra một hướng tiếp cận hoàn toàn khác cho ngành robot sinh học.

Thay vì dùng silicone, cao su hoặc các vật liệu tổng hợp để tạo cảm giác giống da người, nhóm nghiên cứu sử dụng các tế bào da được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm để tạo thành mô sinh học. Đây là bài toán khó bởi da người không đơn giản giống một tấm vật liệu có thể dán lên bề mặt robot. Mô da thật có khả năng co giãn và biến dạng, đồng thời trong cơ thể còn liên kết với nhiều mô và cấu trúc khác. Nếu chỉ gắn trực tiếp lên khuôn mặt máy móc, lớp mô rất dễ bị căng quá mức, bong khỏi bề mặt hoặc tổn thương khi robot chuyển động.

Các nhà nghiên cứu Nhật Bản phát triển robot sử dụng mô da người nuôi cấy để tạo biểu cảm trên khuôn mặt. (Nguồn ảnh: ScienceDirect)

Để giải quyết vấn đề, nhóm nghiên cứu phát triển một hệ thống neo mô phỏng cách các dây chằng kết nối các cấu trúc trong cơ thể. Những điểm neo này giữ mô da sinh học vào phần khung bên dưới, đồng thời cho phép nó dịch chuyển và kéo giãn khi robot thay đổi biểu cảm. Nhờ đó, khi cơ cấu cơ học trên khuôn mặt robot chuyển động, lớp da phía trên cũng biến dạng theo và tạo nên một nụ cười. Thành quả này đặc biệt đáng chú ý bởi biểu cảm không còn đơn thuần được tạo ra bằng cách thay đổi hình dạng của một lớp silicon, mà có sự tham gia của một mô sinh học thực sự.

Tuy nhiên, robot “biết cười” này vẫn còn rất xa hình ảnh một con người nhân tạo hoàn chỉnh. Lớp da hiện tại chưa sở hữu đầy đủ các thành phần thường thấy trên da người như nang lông, tuyến mồ hôi, tuyến bã nhờn, mạch máu hay dây thần kinh. Vì vậy, nó chưa thể tự duy trì những chức năng phức tạp như một làn da tự nhiên. Hình ảnh robot tạo biểu cảm cũng có thể khiến người xem cảm thấy kỳ lạ bởi chuyển động của mô sống trên cấu trúc máy móc vẫn chưa thực sự tự nhiên. Dẫu vậy, xét trên phương diện nghiên cứu, khả năng khiến mô da sống bám ổn định và biến dạng theo một khuôn mặt nhân tạo đã là một bước tiến đáng kể.

Mô da sinh học được thiết kế để kéo giãn theo chuyển động của cấu trúc robot thay vì bị bong hoặc rách. Nguồn ảnh: ScienceDirect

Một điểm đáng chú ý khác là tiềm năng tự phục hồi của da sinh học. Trong một nghiên cứu khác, nhóm của giáo sư Takeuchi từng chứng minh mô da sống có thể phục hồi sau một số dạng tổn thương. Tuy nhiên, điều này không đồng nghĩa khuôn mặt robot trong nghiên cứu mới có thể bị trầy xước rồi tự lành như da người. Hai khả năng được chứng minh trong những thí nghiệm khác nhau và công nghệ hiện tại vẫn chưa thể tạo ra một lớp da robot có đầy đủ cơ chế tự chữa lành của cơ thể sống. Việc phân biệt rõ hai kết quả là cần thiết để tránh biến một thành tựu khoa học trong phòng thí nghiệm thành hình ảnh về những robot “bất tử” như trong phim khoa học viễn tưởng.

Điều thú vị là mục tiêu của nghiên cứu không chỉ nhằm tạo ra những robot có ngoại hình giống con người hơn. Theo định hướng của Đại học Tokyo, mô hình khuôn mặt có da sống có thể trở thành một công cụ nghiên cứu hữu ích trong nhiều lĩnh vực. Các nhà khoa học có thể sử dụng mô hình này để quan sát quá trình hình thành nếp nhăn, nghiên cứu sự lão hóa của da, đánh giá mỹ phẩm hoặc tìm hiểu cách mô da phản ứng trước những tác động cơ học khác nhau. Trong tương lai, công nghệ này cũng có thể hỗ trợ nghiên cứu phẫu thuật thẩm mỹ và các phương pháp điều trị tổn thương da mà không phải tiến hành trực tiếp trên cơ thể người.

Các nhà nghiên cứu Nhật Bản còn muốn bổ sung thêm nhiều thành phần sinh học để lớp da ngày càng hoàn thiện. Mạch máu và dây thần kinh là những mục tiêu quan trọng nếu muốn tiến gần hơn đến cấu trúc da thật. Khi những thành phần này có thể được tích hợp thành công, robot sinh học có thể bước sang một giai đoạn mới, nơi cơ thể máy không còn chỉ được tạo thành từ kim loại, nhựa và silicon mà có sự kết hợp giữa cơ khí, trí tuệ nhân tạo và mô sống.

Dù vậy, sẽ còn rất lâu trước khi những robot phủ da người có thể xuất hiện trong đời sống hàng ngày. Công nghệ hiện mới nằm ở giai đoạn nghiên cứu và còn hàng loạt vấn đề phải giải quyết, từ độ bền của mô, khả năng nuôi dưỡng tế bào đến kiểm soát chuyển động và duy trì chức năng sinh học. Nhưng việc một lớp da được nuôi trong phòng thí nghiệm có thể bám lên khuôn mặt robot và chuyển động để tạo ra nụ cười đã cho thấy ngành robot đang vượt khỏi giới hạn truyền thống. Tương lai của robot có thể không chỉ là những cỗ máy giống con người, mà là những hệ thống lai giữa máy móc và sinh học.