Transformimi i objekteve në milirobotë me anë të një “shtrese magnetike”

Një mënyrë e thjeshtë për të bërë milirobotë duke veshur objekte me një llak magnetik si ngjitës u zhvillua në një hulumtim të përbashkët të udhëhequr nga një shkencëtar nga Universiteti i Qytetit të Hong Kongut (CityU). Të shtyrë nga fusha magnetike, objektet e veshura mund të zvarriten, të ecin ose të rrokullisen në sipërfaqe të ndryshme. Meqenëse veshja magnetike është biokompatibile dhe mund të shpërbëhet në pluhura kur është e nevojshme, kjo teknologji demonstron potencialin për aplikime biomjekësore, përfshirë lundrimin e kateterit dhe shpërndarjen e ilaçeve.

Ekipi hulumtues drejtohet nga Dr. Shen Yajing, Profesor i Asociuar i Departamentit të Inxhinierisë Biomjekësore (BME) në CityU në bashkëpunim me Institutet e Teknologjisë së Avancuar Shenzhen (SIAT), Akademia Kineze e Shkencave (CAS). Gjetjet e hulumtimit janë botuar në revistën shkencore Science Robotics, me titull “Një sprej magnetik aglutinat shndërron objektet e pajetë në milirobote për aplikime biomjekësore”.

Një mënyrë e thjeshtë për të bërë milirobots duke veshur objekte me një llak magnetik u zhvillua në një hulumtim të përbashkët të udhëhequr nga një shkencëtar nga CityU. Meqenëse veshja magnetike është biokompatibile dhe mund të shpërbëhet në pluhura kur është e nevojshme, kjo teknologji demonstron potencialin për aplikime biomjekësore. Kredia: Universiteti i Qytetit të Hong Kongut

Shkencëtarët kanë zhvilluar milirobotë ose robotë në shkallë insektesh që mund të përshtaten në mjedise të ndryshme për kërkime dhe aplikime biomjekësore.

Ekipi hulumtues i Dr. Shen doli me një qasje të thjeshtë për të ndërtuar milirobots duke veshur objekte me një llak magnetik të ngjitur si ngjitës, të quajtur M-llak. “Ideja jonë është që duke veshur këtë ‘shtresë magnetike’, ne mund të kthejmë çdo objekt në një robot dhe të kontrollojmë lëvizjen e tyre. Spërkatësi M që kemi zhvilluar mund të ngjitet në objektin e synuar dhe të ‘aktivizojë’ objektin kur drejtohet nga një fushë magnetike ”, shpjegoi Dr. Shen.

I përbërë nga alkool polivinil (PVA), gluten dhe grimca hekuri, M-spërkatja mund të ngjitet në sipërfaqet e ashpra dhe të lëmuara të një (1D), dy (2D) ose tre-dimensionale (3D) të objekteve në çast, në mënyrë të qëndrueshme dhe në mënyrë të vendosur. Filmi që formoi në sipërfaqe është i trashë rreth 0,1 deri 0,25 mm, i cili është mjaft i hollë për të ruajtur madhësinë, formën dhe strukturën origjinale të objekteve.

Pas veshjes së objektit me spërkatje M, studiuesit e magnetizuan atë me drejtime të vetme ose të shumëfishta të magnetizimit, të cilat mund të kontrollonin se si objekti lëvizte nga një fushë magnetike. Pastaj ata aplikuan nxehtësi në objekt derisa veshja të ngurtësohej.

Në këtë mënyrë, kur drejtohet nga një fushë magnetike, objektet mund të shndërrohen në milirobotë me mënyra të ndryshme lëvizjeje, të tilla si zvarritje, përplasje, ecje dhe rrotullim, në sipërfaqe të ndryshme nga qelqi, lëkura, druri në rërë. Ekipi e demonstroi këtë veçori duke shndërruar fijen e pambukut (1D), origami (rrafshi i sheshtë 2D), filmin polidimetilsiloksan (PDMS) (sipërfaqja 2D e lakuar / e butë) dhe tubin plastik (objekti i rrumbullakët 3D) në robot të butë zvarranikësh, robot me shumë këmbë, respektivisht robot në këmbë dhe robot që lëviz.

Riprogramimi për të ndryshuar mënyrën e lëvizjes

Ajo që e bën të veçantë këtë qasje është se ekipi mund të riprogramojë mënyrën e lëvizjes së milirobot sipas kërkesës.

Z. Yang Xiong, bashkë-autori i këtij punimi, shpjegoi se konvencionalisht, struktura fillestare e robotit zakonisht fiksohet pasi të jetë ndërtuar, duke kufizuar kështu shkathtësinë e tij në lëvizje. Sidoqoftë, duke lagur shtresën e ngurtësuar me spërkatje M për ta bërë atë ngjitës si ngjitës dhe më pas duke aplikuar një fushë të fortë magnetike, shpërndarja dhe drejtimi i shtrirjes së grimcave magnetike (boshti i lehtë i magnetizimit) të veshjes M-llak mund të ndryshohet.

Eksperimentet e tyre treguan se i njëjti milirobot mund të kalonte midis mënyrave të ndryshme të lëvizjes, të tilla si nga një lëvizje më e shpejtë 3D e vemjes në një mjedis të gjerë në një lëvizje më të ngadaltë të koncertinës 2D për të kaluar nëpër një boshllëk të ngushtë.

Aftësia për të lundruar

Kjo karakteristikë e riprogramueshme e aktivizimit është gjithashtu e dobishme për lundrimin drejt synimeve. Për të eksploruar potencialin në aplikimet biomjekësore, ekipi kreu eksperimente me një kateter, i cili përdoret gjerësisht për futjen në trup për të trajtuar sëmundjen ose për të kryer procedurat kirurgjikale. Ata demonstruan se kateteri i veshur me llak M mund të kryejë kthesa të mprehta ose të lëmuara. Dhe ndikimi i rrjedhjes së gjakut / lëngut në aftësinë e lëvizjes dhe stabilitetin në kateterin e veshur me spërkatje M ishte i kufizuar.

Duke riprogramuar veshjen me spërkatje M të seksioneve të ndryshme të një fije pambuku bazuar në detyrën dhe ambientin e shpërndarjes, ata më tej treguan se mund të arrinte një drejtim të shpejtë dhe të kalonte pa probleme përmes një strukture të ngushtë të parregullt. Dr. Shen theksoi se nga pikëpamja e aplikimit klinik, kjo mund të parandalojë zhytjen e papritur në murin e fytit gjatë futjes. “Riprogramimi i bazuar në detyra ofron një potencial premtues për manipulimin e kateterit në ezofagun komplekse, enën dhe uretrën, ku kërkohet gjithmonë navigimi,” tha ai.

Një tjetër tipar i rëndësishëm i kësaj teknologjie është që veshja me spërkatje M mund të shpërbëhet në pluhura sipas kërkesës me manipulimin e një fushe magnetike. “Të gjitha lëndët e para të spërkatjes M, përkatësisht PVA, gluteni dhe grimcat e hekurit, janë biokompatibile. Veshja e shpërbërë mund të absorbohet ose të ekskretohet nga trupi i njeriut “, tha Dr. Shen, duke theksuar që efekti anësor i shpërbërjes së spërkatjes M është i papërfillshëm.

Eksperimenti në stomakun e një lepuri

Për të verifikuar më tej fizibilitetin dhe efektivitetin e millirobot të aktivizuar me spërkatje M për shpërndarjen e ilaçeve, ekipi zhvilloi testin in vivo me lepuj dhe kapsulë të veshur me M-llak. Gjatë procesit të lindjes, lepujt u anestetizuan dhe pozicioni i kapsulës në stomak u gjurmua nga imazhi radiologjik. Kur kapsula arriti rajonin e synuar, studiuesit shpërbënë shtresën duke aplikuar një fushë magnetike lëkundëse. “Prona e kontrollueshme e shpërbërjes së M-spray lejon që ilaçi të lirohet në një vend të synuar në vend që të shpërndahet në organ”, shtoi Dr Shen.

Megjithëse veshja me spërkatje M do të fillojë të shpërbëhet në rreth tetë minuta nën një ambient të fortë acid (niveli i pH 1), ekipi tregoi se një shtresë shtesë PVA në sipërfaqen e veshjes me spërkatje M mund ta zgjasë atë në rreth 15 minuta. Dhe nëse zëvendësoni grimcat e hekurit me grimca nikeli, veshja mund të qëndrojë e qëndrueshme në një mjedis fort acid edhe pas 30 minutash.

“Rezultatet e eksperimentit tonë treguan se milirobotë të ndryshëm mund të ndërtoheshin me spërkatjen M duke iu përshtatur mjedisit, kushteve sipërfaqësore dhe pengesave të ndryshme. Shpresojmë që kjo strategji ndërtimi të mund të kontribuojë në zhvillimin dhe zbatimin e milirobotëve në fusha të ndryshme, të tilla si transporti aktiv, sensori i lëvizshëm dhe pajisjet, veçanërisht për detyrat në hapësirë ​​të kufizuar “, tha Dr. Shen.