Science Advances: Цепкие роботы-скалолазы смогут доставлять лекарства в самые труднодоступные участки нашего организма
Крошечные роботы с мягким, гибким телом и шипастыми лапками способные карабкаться по влажным, скользким внутренним стенкам легких и кишечника, могут в один прекрасный день стать доставщиками лекарств и медицинских датчиков в самые труднодоступные места нашего организма.
Этот маленький робот может лазать по слизистым поверхностям внутри человеческого тела. Yingdan Wu and Xiaoguang Dong
реклама
Новый "миниробот" (длиной в несколько миллиметров) оснащен лапками, которые крепко фиксируются на поверхности тканей, не теряя при этом цепкости хвата. Робот устойчив к смещению от резких движений и способен удерживаться на поверхности, даже когда по ней течет жидкость, (подобно тому, как в нашем организме происходит движение жидкостей, связанных с дыханием и пищеварением).
"Беспроводное устройство, способное перемещаться внутри человеческого тела вертикально и даже вверх ногами, представляет собой важнейшую веху в мягкой робототехнике", - рассказывает Метин Ситти из Института интеллектуальных систем имени Макса Планка в Германии.
"Наша предыдущая модель миниробота могла ходить, катиться, плавать, прыгать и ползать по биологическим тканям", говорит Ситти. "Но она не могла подниматься по сложным трехмерным поверхностям, что очень важно для достижения труднодоступных участков в сердце, легких и пищеварительном тракте.
реклама
Соавтор проекта Сяогуан Донг из Университета Вандербильта в Теннесси говорит, что вначале команда попыталась оснастить лапки робота присосками, напоминающими присоски некоторых кишечных паразитов. Однако они столкнулись с определенными трудностями и не смогли воспроизвести требуемые усилия, к тому же, (по словам учёного), было не просто заставить робота "ослабить хватку".
Вместо этого команда оснастила робота двумя шипованными лапками, "напоминающими колючки растений, которые прилипают к одежде во время загородной прогулки", объясняет Ситти. Как только одна лапка опускается на поверхность, робот отрывает другую и поворачивает свое тело, чтобы сделать "шаг" (такой механизм разработчики называли "пилинг и загрузка").
При покрытии тонким слоем хитозана (вещества, содержащегося в панцирях креветок) "микрошипы" создавали достаточное усилие, необходимое для того, чтобы лапки могли зацепиться за слой слизи внутри легких и пищеварительного тракта свиней (включая бронхиальные трубы, пищевод, желудок и кишечник) и затем оторваться, делая новый шаг.
Этот крошечный робот способен перемещаться по вашим внутренним органам, доставляя лекарства в самые труднодоступные места. Робот длиной 3,7 миллиметра может цепляться за внутренние стенки легких и пищеварительной системы. Новый "миллибот" имеет лапки, которые прилипают к поверхностям внутренних органов, выдерживая резкие колебания и воздействие жидкостей, подобному тому как это происходит при дыхании и пищеварении. Он способен подниматься вертикально (и даже переворачиваться вверх ногами) по командам с отдельного модуля управления
реклама
В ходе серии лабораторных испытаний исследователи обнаружили, что робот сохраняет способность "карабкаться и цепляться за очень скользкую и часто сморщенную биологическую ткань", даже когда её встряхивают или промывают водой. "Я был очеь сильно взволнован и удивлен", - комментирует Ситти полученные результаты.
Исследователи управляли перемещением робота при помощи внешних магнитных полей. Поскольку тело робота сделано из эластичного магнитного металла, он сгибается и поворачивается в ответ на команды компьютера, говорит Донг.
Размеры робота составляют 3,7 мм в длину и 1,5 мм в ширину. Устройство способно нести "груз" в три раза больше своего объема и в 20 раз больше собственного веса, рассказывает соавтор исследования Ингдан Ву, доцент института Макса Планка.
Таким образом, он может транспортировать лекарства, беспроводные электронные датчики и даже микроиглы и материалы для биопсии, а также использовать свои микрошипы для введения микроскопических частиц препаратов в труднодоступные области тела.
реклама
"Поскольку микрошипы прилипают только к слою слизи, они не повреждают саму ткань", поясняет Ву.
1. Беспроводной мягкий робот-скалолаз миллиметрового масштаба, способен преодолевать сложные трехмерные поверхности в замкнутых и ограниченных пространствах.
(A) Концепция мягкого робота-скалолаза, способного достигать ранее недоступные места в замкнутых небольших пространствах. Слева: изображение деформированного мягкого робота-скалолаза, управляемого внешними магнитными полями. Справа: иллюстрация перемещения в замкнутых небольших пространствах. (B) Размеры мягкого робота-скалолаза с ферромагнитным мягким телом (длина, L = 3,7 мм; ширина, w = 1,5 мм; толщина, t = 150 мкм). Робот имеет две немагнитные мягкие лапки с плоской поверхностью для жестких субстратов или структурированной поверхностью для скользких и деформируемых покрытий. (C) Профиль намагниченности мягкого робота-скалолаза. Профиль магнитуды, M(s); профиль фазы, ϕ(s), s ∈ [0, L]. Синие стрелки указывают на распределение магнитных дипольных моментов. (D) Иллюстрация подошвы робота с грибовидными клейкими элементами для подъема по 3D сухим и шероховатым поверхностям. (E) Иллюстрация уникальной подошвы робота с биоприлипателями и микрошипами для передвижения по тканевым поверхностям, покрытыми слизью. Фото: Yingdan Wu и Xiaoguang Dong, Max Planck Institute for Intelligent Systems.
Результаты исследование были опублиокованы в журнале: Science Advances,
Источники Journal Science Advances, Twitter Xiaoguang Dong
(DOI: 10.1126/sciadv.abn3431)
(https://twitter.com/xdcmu)
(https://www.bibliotekar.ru/3-1-44-parazity/22.htm)
Лента материалов
Соблюдение Правил конференции строго обязательно!
Флуд, флейм и оффтоп преследуются по всей строгости закона!
Комментарии, содержащие оскорбления, нецензурные выражения (в т.ч. замаскированный мат), экстремистские высказывания, рекламу и спам, удаляются независимо от содержимого, а к их авторам могут применяться меры вплоть до запрета написания комментариев и, в случае написания комментария через социальные сети, жалобы в администрацию данной сети.
Комментарии Правила