Новый крошечный мягкий робот с гусеничными ножками, способный переносить тяжелые нагрузки и адаптироваться к неблагоприятным условиям, сможет доставлять лекарства в организм человека, — пишет sciencedaily.com со ссылкой на Nature Communications.
Робот, призванный вывести медицинские технологии на новый уровень, был разработан на основе исследований, проводимых Городским университетом Гонконга (CityU).
Во всем мире были проведены исследования по разработке мягких милли-роботов. Но новый дизайн CityU с несколькими ножками помогает значительно уменьшить трение, так что робот может эффективно перемещаться внутри тела и погружаться в жидкости организма, такие как кровь или слизь.
То, что делает этот милли-робот выдающимся, — это сотни маленьких ножек длиной менее 1 мм, которые выглядят как крошечные волоски. Этот уникальный дизайн не случаен. Исследовательская группа изучила структуры ног сотен наземных животных, в том числе с 2, 4, 8 или более ногами, в частности их интересовало соотношение между длиной ноги и расстоянием между ногами.
«У большинства животных соотношение длины ног и интервала между ними составляет от 2:1 до 1:1. Поэтому мы решили создать нашего робота, используя пропорцию 1:1», — объясняет д-р Шен Яджин, доцент кафедры биомедицинской инженерии, который возглавлял исследование.
Толщина тела робота составляет приблизительно 0,15 мм, при этом каждая конусообразная нога — 0,65 мм, а расстояние между ногами — около 0,6 мм, что делает соотношение длины ноги к интервалу между ногами примерно равным 1:1. Кроме того, острые ноги робота значительно уменьшают площадь контакта и, следовательно, трение с поверхностью. Лабораторные тесты показали, что робот с несколькими ногами имеет в 40 раз меньше трения, чем лишенный конечностей робот как во влажной, так и в сухой среде.
Также имеют значение материалы. Робот изготовлен из кремниевого материала, называемого полидиметилсилоксаном (PDMS), со встроенными магнитными частицами, что позволяет управлять им дистанционно, применяя электромагнитную силу. «Как материалы, так и дизайн с наружной резьбой значительно улучшают водоотталкивающие свойства робота. Кроме того, эластичные детали мягкие и могут легко разрезаться и формировать роботов разных форм и размеров для разных функций», — говорит профессор Ван Зуанкай из CityU – автор идеи исследования и инициатор сотрудничества между исследователями.
Управляемый магнитным манипулятором, робот может перемещаться как вперед по пути магнита, так и по перевернутому маятниковому рисунку, что означает, что он может использовать передние ноги, чтобы двигаться вперед, а также удерживать баланс, стоя на левой или правой ноге поочередно.
«Прочная поверхность и разная текстура тканей внутри человеческого тела делают транспортировку затруднительной. Наш многоногий робот демонстрирует впечатляющую производительность на разных участках и, следовательно, открывает широкие возможности для доставки лекарств внутри организма», — говорит профессор Ванг.
Исследовательская группа также доказала, что, столкнувшись с препятствием, даже в десять раз превышающим длину его ноги, робот с его деформируемыми мягкими ножками способен поднять один конец своего тела, формируя угол до 90 градусов, и легко пересечь препятствие. Кроме того, робот может увеличивать скорость за счет увеличения применяемой электромагнитной силы.
Робот также демонстрирует замечательную загрузочную способность. Лабораторные испытания показали, что он способен переносить груз, в 100 раз более тяжелый, чем он сам. То есть его можно сравнить с муравьем – одним из главных силачей в природе — или с человеком, способным легко поднять 26-местный мини-автобус.
Удивительно мощная несущая способность, эффективная локомоция и умение пересекать препятствия делают этого милли-робота чрезвычайно подходящим для применения в сложных условиях: если нужно доставить лекарство в указанное место через пищеварительную систему или осуществить медицинский осмотр», — добавляет Д-р Шен.
Перед проведением дальнейших испытаний на животных и в конечном итоге на людях исследовательские группы продолжат совершенствовать свое изобретение: искать биоразлагаемый материал, изучать новые формы и добавлять дополнительные функции.
«Мы надеемся в ближайшие два-три года создать биоразлагаемого робота, который может естественным образом разложиться, выполнив миссию по доставке лекарств», — говорит д-р Шен.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение