Ang bagong magnetic aerosol ay ginagawang mga robot ng insekto para sa mga aplikasyon ng biomedical

Pagkatapos ng muling pagprogram, ang mga reptilya millirobat ay lumilipat mula sa uod hanggang sa paggalaw ng concertin. May-akda: Hong Kong City University

Ang isang simpleng paraan upang makagawa ng mga millibot sa pamamagitan ng mga patong na bagay na may spray na tulad ng magnetikong kola ay binuo bilang bahagi ng isang pinagsamang pag-aaral ng isang siyentista mula sa City University of Hong Kong (CityU). Sa ilalim ng kontrol ng isang magnetic field, ang mga pinahiran na bagay ay maaaring mag-crawl, maglakad o mag-roll sa iba’t ibang mga ibabaw. Dahil ang magnetikong patong ay biocompatible at maaaring masira sa mga pulbos kung kinakailangan, ipinapakita ng teknolohiyang ito ang potensyal ng mga biomedical na aplikasyon, kabilang ang pag-navigate sa catheter at paghahatid ng gamot.

Ang pangkat ng pagsasaliksik ay pinamunuan ni Dr. Shen Yajin, Associate Professor ng Biomedical Engineering (BME) CityU sa pakikipagtulungan sa Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) ng Chinese Academy of Science (CAS). Ang mga resulta ng pag-aaral ay na-publish sa science journal na Science Robotics na pinamagatang “Agglutinative Magnetic Spray Converts Inanimate Objects into Milliorobots for Biomedical Applications.”


Ang isang madaling paraan upang makagawa ng milirobots sa pamamagitan ng paglalapat ng mga bagay na may isang magnetic spray ay binuo bilang bahagi ng isang pinagsamang pag-aaral na isinagawa ng isang siyentista sa CityU. Dahil ang magnetikong patong ay biocompatible at maaaring masira sa mga pulbos kung kinakailangan, ipinapakita ng teknolohiyang ito ang potensyal para sa mga aplikasyon ng biomedical. May-akda: Hong Kong City University

Pagpapalit ng mga bagay sa mga millibot na may “magnetic layer”

Ang mga siyentista ay bumubuo ng mga millibot o robot ng insekto na maaaring umangkop sa iba’t ibang mga kondisyon para sa pagsasaliksik at mga aplikasyon ng biomedical.

Ang pangkat ng pananaliksik ni Dr. Shan ay nakagawa ng isang simpleng diskarte sa pagdidisenyo ng mga millibots sa pamamagitan ng paglalapat ng mga bagay sa isang pinaghalong magnetic spray na katulad ng isang malagkit na tinatawag na M-spray. “Ang aming ideya ay sa pamamagitan ng paglagay sa” magnetikong amerikana “na ito ay maaari nating gawing robot ang anumang mga bagay at makontrol ang kanilang paggalaw. Ang M-spray na binuo namin ay maaaring mailapat sa isang target na object at “naaktibo” kapag lumilipat sa ilalim ng isang magnetic field, “paliwanag ni Dr. Sheng.

Sheng Dr. at ang koponan sa CityU

Sheng (gitna) at ang koponan ng CityU. May-akda: Hong Kong City University

Binubuo ng polyvinyl alkohol (PVA), mga gluten at iron particle, ang M-spray ay maaaring agad, matatag at matatag na sumunod sa magaspang at makinis na mga ibabaw ng isang (1D), dalawa (2D) o three-dimensional (3D) na mga bagay. Ang pelikulang nabuo sa ibabaw ay may kapal na humigit-kumulang na 0.1 hanggang 0.25 mm, na manipis na sapat upang mapanatili ang orihinal na laki, hugis at istraktura ng mga bagay.

Matapos takpan ang bagay ng M-spray, ginulo ito ng mga mananaliksik ng isa o higit pang mga direksyon ng magnetization, na makokontrol ang paggalaw ng bagay gamit ang isang magnetic field. Pagkatapos ay inilapat nila ang init sa bagay hanggang sa lumakas ang patong.

Sa gayon, ginabayan ng isang magnetikong larangan, ang mga bagay ay maaaring maging mga bilyonaryo na may iba’t ibang mga mode ng paggalaw, tulad ng pag-crawl, flipping, paglalakad at pagliligid sa iba’t ibang mga ibabaw – mula sa baso, katad, kahoy hanggang sa buhangin. Ipinakita ng koponan ang tampok na ito sa pamamagitan ng pag-convert ng cotton thread (1D), Origami (2D flat plane), polydimethylsilaxane (PDMS) film (2D curved / soft ibabaw) at plastic tube (3D bilog na bagay) sa isang malambot na reptilya ng robot, isang reptilya robot. pagsipa, paglalakad ng robot at paglipat ng robot ayon sa pagkakabanggit.

On-demand na muling pagprogram upang mabago ang mode ng trapiko

Ang kakaibang diskarte na ito ay ang reprogram ng koponan ang mode ng paggalaw ng mini-robot kapag hiniling.

Si G. Yang Xiong, kapwa may-akda ng artikulong ito, ay nagpaliwanag na kadalasan ang paunang istraktura ng isang robot ay karaniwang naayos pagkatapos ng konstruksyon nito, na naglilimita sa kanyang kagalingan sa paggalaw. Gayunpaman, sa pamamagitan ng pag-basa ng solidified coating na may M-spray ganap upang ito ay maging malagkit tulad ng pandikit, at pagkatapos, paglalapat ng isang malakas na magnetic field, ang direksyon ng pamamahagi at pagkakahanay ng mga magnetic particle (axis ng light magnetization) ng M-spray coating ay maaaring mabago.

Millirobot reprogramming kapag hiniling

Pagkatapos ng muling pagprogram, ang reptilya millirobat ay lilipat mula sa uod hanggang sa paggalaw ng konsiyerto. May-akda: Hong Kong City University

Ipinakita ng kanilang mga eksperimento na ang parehong millirobat ay maaaring lumipat sa pagitan ng iba’t ibang mga mode ng paggalaw, halimbawa, mula sa mas mabilis na paggalaw ng mga 3D na uod sa isang maluwang na kapaligiran hanggang sa mas mabagal na paggalaw ng 2D-concertina upang dumaan sa isang makitid na slit.

Kakayahan sa pag-navigate at mga nabubulok na katangian

Ang muling pag-program na pagpapaandar ng pag-trigger na ito ay kapaki-pakinabang din para sa pag-navigate sa mga target. Upang pag-aralan ang potensyal ng mga aplikasyon ng biomedical, nagsagawa ang grupo ng mga eksperimento sa isang catheter, na malawakang ginagamit para sa pangangasiwa upang gamutin ang mga sakit o magsagawa ng mga pamamaraang pag-opera. Ipinakita nila na ang isang M-spray-coated catheter ay maaaring gumanap ng matalim at makinis na pagliko. At ang epekto ng daloy ng dugo / likido sa paggalaw at katatagan ng M-spray catheter ay limitado.

Sa pamamagitan ng muling pagprogram ng patong na M-aerosol ng iba`t ibang mga seksyon ng cotton thread batay sa gawain ng paghahatid at kapaligiran, ipinakita rin nila na maaari itong magbigay ng mabilis na kontrol at maayos na dumaan sa mali, makitid na istraktura. Sinabi ni Dr. Sheng na sa mga tuntunin ng klinikal na aplikasyon, maaaring mapigilan nito ang hindi inaasahang pagsasawsaw sa pader ng lalamunan sa panahon ng pangangasiwa. “Ang reprogramming na nakabatay sa gawain ay nagbibigay ng potensyal na nangangako para sa pagmamanipula ng catheter sa kumplikadong lalamunan, daluyan, at yuritra, kung saan palaging kinakailangan ang pag-navigate,” sinabi niya.

Ang isa pang mahalagang tampok ng teknolohiyang ito ay ang M-spray coating na maaaring mabulok sa mga pulbos ayon sa pangangailangan sa pamamagitan ng pagmamanipula ng magnetic field. “Lahat ng M-spray na hilaw na materyales, katulad ng PVA, gluten at iron particle, ay biocompatible. Ang nasirang patong ay maaaring makuha o palabasin ng katawan ng tao, “sinabi ni Dr. Sheng, na binibigyang diin na ang epekto ng pagkabulok ng M-spray ay hindi gaanong mahalaga.

Matagumpay na paghahatid ng gamot sa tiyan ng kuneho

Upang higit na masubukan ang pagiging posible at pagiging epektibo ng isang M-spray na kinasasangkutan ng isang milirobot para sa paghahatid ng gamot, ang koponan ay nagsagawa ng isang in vivo test sa mga kuneho at kapsula na pinahiran ng M-spray. Sa panahon ng panganganak, ang mga kuneho ay na-anesthesia, at ang posisyon ng kapsula sa tiyan ay sinusubaybayan ng X-ray. Nang maabot ng kapsula ang target na lugar, nabulok ng mga mananaliksik ang patong gamit ang isang oscillating magnetic field. “Ang kinokontrol na pag-aari ng pagkakalat ng M-spray ay nagbibigay-daan sa gamot na palabasin sa target na site sa halip na mawala sa katawan,” dagdag ni Dr. Sheng.

Kahit na ang patong na M-spray ay magsisimulang maghiwalay sa halos walong minuto sa ilalim ng isang matatag na acidic na kapaligiran (antas ng 1 sa antas), ipinakita ng koponan na ang isang karagdagang layer ng PVA sa ibabaw ng patong na M-spray ay maaaring pahabain ito hanggang sa humigit-kumulang na 15 minuto. At kung papalitan mo ang mga iron particle ng mga nickel particle, ang patong ay maaaring mapanatili ang katatagan sa isang malakas na acidic na kapaligiran kahit na pagkatapos ng 30 minuto.

“Ang mga resulta ng aming eksperimento ay nagpakita na ang iba’t ibang mga milirobot ay maaaring idisenyo gamit ang M-spray, na umaangkop sa iba’t ibang mga kondisyon sa kapaligiran, mga kondisyon sa ibabaw at mga hadlang. Inaasahan namin na ang diskarte sa konstruksyon na ito ay maaaring mapadali ang pagpapaunlad at aplikasyon ng mga robot sa kapaligiran sa iba’t ibang larangan, tulad ng aktibong transportasyon, mobile sensor at mga aparato, lalo na para sa mga gawain sa nakakulong na mga puwang, “sabi ni Dr. Sheng.

Impormasyon: Nobyembre 18, 2020, Ang agham ng robotics.
DOI: 10.1126 / scirobotics.abc8191

Mga nauugnay na may-akda ay sina Dr. Sheng ng CityU at Dr. Wu Xinyu ng SIAT CAS. Ang mga unang may-akda ay sina G. Yang Xiong, mag-aaral ng BME PhD mula sa CityU at Dr. Shang Wangfeng mula sa SIAT CAS. Ang iba pang mga kapwa may-akda ay sina Dr. Lu Haojiang, Dr. Liu Yangqing, G. Yang Liu at Miss Tang Rong, mga bagong nagtapos at mag-aaral ng doktor mula sa koponan ni Dr. Shen.

Ang pag-aaral ay suportado ng National Science Foundation ng China at ng Research Grants Council sa Hong Kong.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang sinaunang ilog ng Delta ay minsang nagdadala ng likidong tubig sa ibabaw ng Mars

Eberselded Crete Delta: Ang sinaunang istraktura ng sinaunang ilog na Delta ay nagdala ng likidong tubig sa ibabaw ng Mars. Kredito: ESA /...

Ang Unang Mapa ng 3D Soundtrack para sa Panloob na Tainga na Ginawa Ng Advanced na Teknolohiya ng X-ray

Cochlea ear at auditory nerve membrane. Ang mga banda ng oktaba ay binibigyan ng iba't ibang kulay. Ang mga tao ay makakahanap...

Ang tagumpay sa tagumpay para sa solar fuel na ginawa ng paghahati ng tubig

Gumamit ang mga mananaliksik ng parehong mga computer at mikroskopyo upang malaman ang isang paraan upang potensyal na madagdagan ang pagganap ng aparato, gamit...

Ang 42,000-taong-gulang na mga puno ay nagdidirekta ng tumpak na pagtatasa ng huling pagbabago ng magnetic field ng Daigdig

Ang tala ng mga sinaunang puno ng lung mula sa Nagava, New Zealand. Kredito: Nelson Parker Ang mga sukat ng radiocarbon ng mga labi...

Isang bagong materyal na pambihirang tagumpay para sa matatag na mataas na boltahe na solidong mga baterya ng estado

Ang isang pangkat ng mga mananaliksik ay bumuo at gumawa ng isang bagong conductor ng sodium ion para sa solid-state sodium ion na baterya...

Newsletter

Subscribe to stay updated.