Forskere demonstrerer transport af let last ved hjælp af tøjrede og ubundne bløde robotter lavet af hydrogeler
Et team af forskere fra University of Waterloo har skabt smarte, avancerede materialer, der vil være byggestenene til en fremtidig generation af bløde medicinske mikrorobotter. De offentliggjorde deres resultater i Nature Communications.
Disse bittesmå robotter har potentialet til at udføre medicinske procedurer, såsom biopsi og celle- og vævstransport, på en minimalt invasiv måde. De kan bevæge sig gennem afgrænsede og oversvømmede miljøer, som den menneskelige krop, og levere delikat og let last, såsom celler eller væv, til en målposition.
De bittesmå bløde robotter er maksimalt en centimeter lange og er biokompatible og ikke-giftige. Robotterne er lavet af avancerede hydrogel-kompositter, der inkluderer bæredygtige cellulosenanopartikler, der stammer fra planter.
Denne forskning, ledet af Hamed Shahsavan, en professor ved Institut for Kemiteknik, skildrer en holistisk tilgang til design, syntese, fremstilling og manipulation af mikrorobotter. Hydrogelen, der bruges i dette arbejde, ændrer form, når den udsættes for ekstern kemisk stimulering. Evnen til at orientere cellulosenanopartikler efter behag gør det muligt for forskere at programmere en sådan formændring, som er afgørende for fremstillingen af funktionelle bløde robotter.
"I min forskningsgruppe bygger vi bro mellem det gamle og det nye," sagde Shahsavan, direktør for Smart Materials for Advanced Robotic Technologies (SMART-Lab). "Vi introducerer nye mikrorobotter ved at udnytte traditionelt blødt stof som hydrogeler, flydende krystaller og kolloider."
Den anden unikke komponent i dette avancerede smarte materiale er, at det er selvhelbredende, hvilket giver mulighed for at programmere en bred vifte i form af robotterne. Forskere kan skære materialet og klistre det sammen igen uden at bruge lim eller andre klæbemidler til at danne forskellige former til forskellige procedurer.
Materialet kan modificeres yderligere med en magnetisme, der letter bevægelsen af bløde robotter gennem menneskekroppen. Som bevis på konceptet for, hvordan robotten ville manøvrere gennem kroppen, blev den lille robot flyttet gennem en labyrint af forskere, der styrede dens bevægelse ved hjælp af et magnetfelt.
"Kemiske ingeniører spiller en afgørende rolle i at skubbe grænserne for medicinsk mikrorobotikforskning," sagde Shahsavan. "Interessant nok kræver det at tackle de mange store udfordringer inden for mikrorobotik de færdigheder og den viden, som kemiingeniørerne besidder, herunder varme- og masseoverførsel, væskemekanik, reaktionsteknik, polymerer, videnskab om blødt stof og biokemiske systemer. Så vi er unikt positioneret til at introducere innovative veje i dette nye område."
Det næste trin i denne forskning er at skalere robotten ned til submillimeterskalaer.
Shahsavans forskningsgruppe samarbejdede med Waterloo's Tizazu Mekonnen, en professor fra Institut for Kemiteknik, professor Shirley Tang, Associate Dean of Science (Research), og Amirreza Aghakhani, en professor fra University of Stuttgart i Tyskland.
Flere oplysninger: Rasool Nasseri et al., Programmerbare nanokompositter af cellulosenanokrystaller og zwitterioniske hydrogeler til blød robotteknologi, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41874-7
Journaloplysninger: Nature Communications
Leveret af University of Waterloo
Varme artikler
-
Funktionaliseret grafenoxid spiller en rolle i næste generations oliebrøndsborevæskerMikroskopisk, stjerneformede flager af funktionaliserede grafenoxidprophuller i porer i en test af materialets evne til at fungere som filterkage i væsker, der bruges til at bore oliebrønde. De enkelt -
Fælder i nanostørrelse viser løfte om diagnosticering af patogene bakterielle infektionerKredit:McGill University En ny type lab on a chip udviklet af forskere ved McGill University har potentiale til at blive et klinisk værktøj, der er i stand til at detektere meget små mængder sygdo -
Chemist udvikler en måde at producere nye materialer til solpaneler påKredit:RUDN Universitet En kemiker fra RUDN University har syntetiseret nye typer optisk aktive materialer med strukturen af mineralet perovskit. Han foreslog en miljøvenlig, hurtig, og let repr -
Ny nanoteknisk strategi viser potentiale for forbedret avanceret energilagringNyt materiale nanoarchitecture muliggør udvikling af ny generation af højenergibatterier ud over Li-ion-kemi Kredit:University of Technology Sydney Den hurtige udvikling af vedvarende energiressou
- Hvilke egenskaber har vulkaner?
- Brug af genetiske algoritmer til at opdage nye nanostrukturerede materialer
- 30 siders beregninger afgør en 30-årig debat om en mystisk ny fase af materien
- Kemiske jobsøgende står over for hårde udsigter under pandemien
- Brug af kuldioxidaffald til at adskille metaller fra malme
- Sådan laver du plasma fra bagesoda og vand