Noul spray magnetic transformă obiectele în roboți la scară pentru aplicații biomedicale

Millirobotul reptilelor se schimbă de la mișcare omidă la mișcare concertinium după reprogramare. Credit: Universitatea din Hong Kong

O modalitate simplă de a face miliroboturi prin acoperirea obiectelor cu un spray magnetic ca adeziv a fost dezvoltată într-o cercetare comună condusă de un om de știință de la Universitatea orașului Hong Kong (CityU). Conduse de câmpul magnetic, obiectele acoperite se pot târâ, pot merge sau se pot roti pe diferite suprafețe. Deoarece acoperirea magnetică este biocompatibilă și poate fi dezintegrată în pulberi atunci când este nevoie, această tehnologie demonstrează potențialul pentru aplicații biomedicale, inclusiv navigarea prin cateter și livrarea medicamentelor.

Echipa de cercetare este condusă de Dr. Shen Yajing, profesor asociat al Departamentului de Inginerie Biomedică (BME) la CityU în colaborare cu Institutul de Tehnologie Avansată din Shenzhen (SIAT), Academia Chineză de Științe (CAS). Rezultatele cercetării sunt publicate în revista Science Robotics, intitulată „Un spray de aglutinat magnetic transformă obiectele neînsuflețite în miliroboți pentru aplicații biomedicale”.


O modalitate simplă de a face miliroboturi prin placarea obiectelor cu un spray magnetic a fost dezvoltată într-o cercetare comună condusă de un om de știință din CityU. Deoarece acoperirea magnetică este biocompatibilă și poate fi descompusă în pulberi atunci când este nevoie, această tehnologie demonstrează potențialul pentru aplicații biomedicale. Credit: Universitatea din Hong Kong

Transformarea obiectelor în miliroboti cu un „strat magnetic”

Oamenii de știință au dezvoltat miliroboti sau roboți la scară de insecte care pot fi adaptați la diferite medii pentru cercetări și aplicații biomedicale.

Echipa de cercetare a Dr. Shen a venit cu o abordare simplă a construirii miliroboturilor prin acoperirea obiectelor cu un spray magnetic lipit ca adeziv, numit M-spray. „Ideea noastră este că, purtând acest„ strat magnetic ”, putem transforma orice obiect într-un robot și le putem controla mișcarea. „Pulverizatorul M pe care l-am dezvoltat se poate lipi de obiectul țintă și poate„ activa ”obiectul atunci când este ghidat de un câmp magnetic”, a explicat dr. Shen.

Dr. Shen și echipa de la CityU

Dr. Shen (mijloc) și echipa la CityU. Credit: Universitatea din Hong Kong

Compus din alcool polivinilic (PVA), gluten și particule de fier, spray-ul M poate fi lipit instantaneu pe suprafețele aspre și netede ale unuia (1D), două (2D) sau tridimensional (3D), deci constant și ferm. Filmul pe care l-a format la suprafață are o grosime de aproximativ 0,1 până la 0,25 mm, care este suficient de subțire pentru a păstra dimensiunea originală, forma și structura obiectelor.

După acoperirea obiectului cu spray M, cercetătorii l-au magnetizat cu direcții de magnetizare simple sau multiple, care ar putea controla modul în care obiectul s-a deplasat dintr-un câmp magnetic. Apoi au aplicat căldură obiectului până când acoperirea s-a întărit.

În acest fel, atunci când sunt conduse de un câmp magnetic, obiectele pot fi transformate în miliroboți cu diferite moduri de mișcare, cum ar fi târâtorul, prăbușirea, mersul și rotirea, pe alte suprafețe decât sticla, pielea, lemnul și nisipul. Echipa a demonstrat această caracteristică transformând fire de bumbac (1D), origami (plat 2D plat), film de polidimetilsiloxan (PDMS) (suprafață curbată 2D / netedă) și tub de plastic (obiect rotund 3D) în roboți de reptilă netedă. robot cu mai multe picioare, respectiv robot în picioare și robot în mișcare.

Reprogramarea la cerere pentru schimbarea modului de deplasare

Ceea ce face această abordare specială este că echipa poate reprograma modul în care milirobotul se mișcă la cerere.

Domnul Yang Xiong, coautor al acestei lucrări, a explicat că, în mod convențional, structura inițială a robotului este de obicei ajustată odată ce este construită, limitându-i astfel capacitatea de mișcare. Cu toate acestea, umezind stratul întărit cu spray M pentru a-l face adeziv și apoi aplicând un câmp magnetic puternic, distribuția și direcția extensiei particulelor magnetice (axa de magnetizare ușoară) a stratului de pulverizare M schimbat.

Reprogramare la cererea Millirobot

Millirobotul reptilelor se schimbă de la mișcare omidă la mișcare concertinium după reprogramare. Credit: Universitatea din Hong Kong

Experimentele lor au arătat că același milirobot ar putea comuta între diferite moduri de mișcare, cum ar fi de la o mișcare 3D mai rapidă a omidei într-un mediu mai larg la o mișcare mai lentă a concertinei 2D pentru a traversa un decalaj închide.

Abilitatea de a naviga și proprietatea desființată

Această caracteristică de activare reprogramabilă este utilă și pentru navigarea în ținte. Pentru a explora potențialul în aplicații biomedicale, echipa a efectuat experimente cu un cateter, care este utilizat pe scară largă pentru inserarea în corp pentru a trata boala sau a efectua proceduri chirurgicale. Au demonstrat că cateterul acoperit cu spray M poate efectua curbe ascuțite sau netede. Și impactul fluxului de sânge / fluid asupra mobilității și stabilității în cateterul M pulverizat a fost limitat.

Prin reprogramarea stratului de pulverizare M a diferitelor secțiuni ale unui fir de bumbac pe baza sarcinii și a mediului de distribuție, au arătat în continuare că ar putea obține o direcție rapidă și poate trece lin printr-o structură îngustă neregulată. Dr. Shen a subliniat că, din punctul de vedere al aplicării clinice, acest lucru poate preveni imersiunea bruscă în peretele gâtului în timpul inserării. Reprogramarea bazată pe sarcini oferă un potențial promițător pentru manipularea cateterului în esofagul complex, vasul și uretra, unde navigarea este întotdeauna necesară, a spus el.

O altă caracteristică importantă a acestei tehnologii este că stratul de pulverizare M poate fi dizolvat în pulberi la cerere prin manipularea unui câmp magnetic. „Toate materiile prime ale spray-ului M, și anume PVA, gluten și particule de fier, sunt biocompatibile. Învelișul dezintegrat poate fi absorbit sau excretat de corpul uman “, a spus dr. Shen, menționând că efectul secundar al dizolvării sprayului M este neglijabil.

Livrarea cu succes a medicamentelor în stomacul de iepure

Pentru a verifica în continuare fezabilitatea și eficacitatea millirobotului activat cu spray M pentru livrarea medicamentului, echipa a efectuat testul in vivo cu iepuri și capsulă acoperită cu spray M. În timpul procesului de naștere, iepurii au fost anesteziați și poziția capsulei în stomac a fost trasată de imaginea radiologică. Când capsula a atins regiunea țintă, cercetătorii au dizolvat stratul prin aplicarea unui câmp magnetic vibrant. “Proprietatea de dizolvare controlabilă a M-spray permite ca medicamentul să fie eliberat într-un loc țintă în loc să fie livrat la organ”, a adăugat dr. Shen.

Deși stratul de pulverizare M va începe să se dizolve în aproximativ opt minute într-un mediu puternic acid (nivelul pH 1), echipa a arătat că un strat suplimentar de PVA pe suprafața stratului de stropire M îl poate extinde la aproximativ 15 minute. Și dacă înlocuiți particulele de fier cu particule de nichel, acoperirea poate rămâne stabilă într-un mediu puternic acid chiar și după 30 de minute.

“Rezultatele experimentului nostru au arătat că pot fi construiți diferiți miliroboti prin pulverizarea M prin adaptarea la diferite medii, condiții de suprafață și obstacole. Sperăm că această strategie de construcție poate contribui la dezvoltarea și implementarea miliroboturilor în diverse domenii, precum ca transport activ, senzor mobil și echipament, în special pentru sarcini în spațiu limitat ”, a spus Dr. Shen.

Referință: 18 noiembrie 2020, Robotica stiintifica.
DOI: 10.1126 / skirobotikë.abc8191

Dr. Shen de la CityU și Dr. Wu Xinyu de la SIAT al CAS sunt autorii respectivi ai lucrării. Primii autori sunt domnul Yang Xiong, doctorand de la BME la CityU și Dr. Shang Wanfeng de la SIAT CAS. Alți coautori sunt Dr. Lu Haojian, Dr. Liu Yanting, domnul Yang Liu și domnișoara Tan Rong, proaspeți absolvenți și doctoranzi din echipa Dr. Shen.

Cercetarea a fost susținută de Fundația Națională pentru Științe din China și Consiliul de Granturi pentru Cercetare din Hong Kong.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Modelul demonstrează similitudini în modul în care studiază oamenii și insectele

Modelul de calcul demonstrează similaritatea în cunoașterea împrejurimilor oamenilor și insectelor. Potrivit unui nou studiu de la Universitatea din Sussex, care arată cum oamenii pot...

Cum am creat „furtuna perfectă” pentru evoluția și transmiterea bolilor infecțioase, cum ar fi COVID-19

Potrivit unui cercetător de la Universitatea din Anglia de Est, în majoritatea modurilor noastre, „furtuna perfectă” a fost creată pentru evoluția și transmiterea bolilor...

„Adezivul molecular” crește eficiența și face ca celulele solare perovskite să devină mult mai fiabile în timp

Cercetătorii au folosit „adeziv molecular” auto-asamblat monostrat pentru a consolida interfețele din celulele solare perovskite pentru a le face mai eficiente, stabile și fiabile....

Pastele plate sunt atât de avansate încât se formează în morfuri atunci când sunt fierte

Laboratorul CMU gestionează producția de paste, care își schimbă forma pe măsură ce gătește. Credit: Universitatea Carnegie Mellon Pastele plate ambalate creează ambalare, transport...

Oamenii de știință ai undelor gravitaționale Excelentă nouă metodă de rafinare a constantei Hubble – expansiunea și vârsta universului

O ilustrare a artistului unei perechi unificate de stele neutronice. Credit: Carl Knox, Universitatea OzGrav-Swinburne O echipă de oameni de știință internaționali, condusă de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.