Forskere udvikler smarte mikrorobotter, der kan tilpasse sig deres omgivelser

En dag, hospitalspatienter kan muligvis indtage små robotter, der leverer lægemidler direkte til sygt væv, takket være forskning, der udføres ved EPFL og ETH Zürich.

En gruppe videnskabsmænd ledet af Selman Sakar ved EPFL og Bradley Nelson ved ETH Zürich hentede inspiration fra bakterier til at designe smart, meget fleksible biokompatible mikrorobotter. Fordi disse enheder er i stand til at svømme gennem væsker og ændre deres form, når det er nødvendigt, de kan passere gennem smalle blodkar og indviklede systemer uden at gå på kompromis med hastighed eller manøvredygtighed. De er lavet af hydrogel nanokompositter, der indeholder magnetiske nanopartikler, så de kan styres via et elektromagnetisk felt.

I en artikel, der vises i Videnskabens fremskridt , forskerne beskriver en metode til at programmere robottens form, så den let kan rejse gennem væsker, der er tætte, tyktflydende eller bevæger sig med høje hastigheder.

Legemliggjort intelligens

Fremstilling af miniaturiserede robotter giver et væld af udfordringer, som forskerne adresserede ved hjælp af en origami-baseret foldemetode. Deres nye bevægelsesstrategi anvender kropsliggjort intelligens, som er et alternativ til det klassiske beregningsparadigme, der udføres af indlejrede elektroniske systemer. "Vores robotter har en særlig sammensætning og struktur, der gør det muligt for dem at tilpasse sig egenskaberne af den væske, de bevæger sig igennem. F.eks. hvis de støder på en ændring i viskositet eller osmotisk koncentration, de ændrer deres form for at bevare deres hastighed og manøvredygtighed uden at miste kontrollen over bevægelsesretningen, " siger Sakar.

Disse deformationer kan programmeres på forhånd for at maksimere ydeevnen uden brug af besværlige sensorer eller aktuatorer. Robotterne kan enten styres ved hjælp af et elektromagnetisk felt eller overlades til at navigere på egen hånd gennem hulrum ved at udnytte væskeflow. På den ene eller anden måde, de vil automatisk forvandle sig til den mest effektive form.

"Naturen har udviklet et væld af mikroorganismer, der ændrer form, efterhånden som deres miljøforhold ændrer sig. Dette grundlæggende princip inspirerede vores mikrorobotdesign. Den vigtigste udfordring for os var at udvikle den fysik, der beskriver de typer ændringer, vi var interesserede i, og derefter at integrere dette med nye fabrikationsteknologier, " siger Nelson. Ud over at tilbyde øget effektivitet, disse miniaturiserede bløde robotter kan også nemt fremstilles til en rimelig pris. For nu, forskerholdet arbejder på at forbedre ydeevnen til svømning gennem komplekse væsker som dem, der findes i den menneskelige krop.