Lille blød robot med multilegier baner vej for lægemiddellevering i menneskekroppen

Forskere ved City University of Hong Kong (CityU) har udviklet en lille, blød robot med larve-lignende ben, der er i stand til at bære tunge belastninger og kan tilpasses ugunstige miljøer. Denne mini -leveringsrobot kunne bane vej for medicinske teknologiske fremskridt, såsom levering af lægemidler i menneskekroppen.

Jorden rundt, der har været forskning mod bløde milli-robotter. Men CityUs nye design reducerer friktion betydeligt, så robotten kan bevæge sig effektivt inde i overflader inden i kroppen foret med, eller helt nedsænket i, kropsvæsker som blod eller slim. Forskningsresultaterne er blevet offentliggjort i Naturkommunikation , med titlen "En Bio-inspireret Multilegged Soft Millirobot, der fungerer i både tørre og våde forhold."

Bio-inspireret robotdesign

Denne milli-robot har hundredvis af lange, spidse ben, der måler mindre end 1 mm, ligner små hår. Forskergruppen undersøgte benstrukturer for hundredvis af jorddyr, herunder dem med to, fire, otte eller flere ben, og studerede især forholdet mellem benlængde og mellemrummet mellem benene. "De fleste dyr har et forhold mellem ben og længde mellem 2:1 og 1:1. Derfor besluttede vi at oprette vores robot ved hjælp af forholdet 1:1, "forklarer Dr. Shen Yajing, Adjunkt ved CityU's Institut for Biomedicinsk Teknik (BME), der ledede forskningen.

Robottens kropstykkelse måler cirka 0,15 mm, hvor hvert konisk ben måler 0,65 mm langt og mellemrummet mellem benene måler cirka 0,6 mm, gør forholdet mellem ben og længde til mellemrum omkring 1:1. I øvrigt, robotens spidse ben har reduceret deres kontaktområde kraftigt og dermed friktionen med overfladen. Laboratorieundersøgelser viser, at robotten med flere ben har 40 gange mindre friktion end en robot uden lim i både våde og tørre miljøer.

Bortset fra multi-ben design, materialerne har også betydning. Robotten er fremstillet med et siliciummateriale kaldet polydimethylsiloxane (PDMS) indlejret med magnetiske partikler, der gør det muligt at fjernstyre den via elektromagnetisk kraft. "Både materialer og design med flere ben er i høj grad forbedret robottens hydrofobe egenskaber. Udover, det gummiagtige stykke er blødt og kan let skæres til robotter i forskellige former og størrelser til forskellige applikationer, "siger professor Wang Zuankai ved CityUs afdeling for maskinteknik (MNE), der udtænkte denne forskningsidé og indledte samarbejdet mellem forskerne.

Bevæger sig roligt i barske miljøer

Styret af en magnetisk manipulator anvendt i eksperimenterne, robotten kan bevæge sig i både et flapfremdrivningsmønster og et omvendt pendelmønster, hvilket betyder, at den kan bruge sine forreste fødder til at klappe fremad samt svinge kroppen ved at stå på venstre og højre fod skiftevis for at rykke frem henholdsvis.

"Den robuste overflade og skiftende tekstur af forskellige væv inde i menneskekroppen gør transporten udfordrende. Vores flerbenede robot viser en imponerende ydeevne i forskellige terræner og dermed åbne brede applikationer til lægemiddeltilførsel inde i kroppen, "siger professor Wang.

Forskergruppen har endvidere bevist, at når man navigerer en forhindring 10 gange højere end dens benlængde, robotens deformerbare bløde ben er i stand til at løfte den ene ende af kroppen op for at danne en vinkel på op til 90 grader for let at krydse forhindringen. Og robotten kan øge sin hastighed ved at øge den anvendte elektromagnetiske frekvens.

Robotten viser også en bemærkelsesværdig lastningsevne. Laboratorieundersøgelser viste, at robotten var i stand til at bære en last 100 gange tungere end den selv, styrke, der kan sammenlignes med en myre-det svarer til, at et menneske løfter en minibus med 26 sæder.

Den utroligt stærke bæreevne, effektiv bevægelse og god hindringskrydsende evne gør denne milli-robot yderst velegnet til applikationer i hårde omgivelser, for eksempel, levering af et lægemiddel til et bestemt sted gennem fordøjelsessystemet, eller foretager lægeundersøgelse, "tilføjer Dr. Shen.

Inden der foretages yderligere forsøg på dyr og til sidst hos mennesker, forskerholdene videreudvikler og forfiner deres forskning i tre aspekter:søger et biologisk nedbrydeligt materiale, studere nye former, og tilføjelse af ekstra funktioner.

"Vi håber at skabe en biologisk nedbrydelig robot i løbet af de næste to til tre år, så den vil nedbrydes naturligt efter sin medicinleveringsmission, "siger Dr. Shen.