Пневматические робопальцы сделали съедобными — Naked Science
Редакция

Пневматические робопальцы сделали съедобными

Швейцарские ученые приступили к разработке съедобного актуатора, который позволит создавать медицинских роботов для доставки препаратов в организм и диагностики. Результаты исследования опубликованы на сервере препринтов arXiv.org.

dims
©Wikipedia

В последние годы интерес исследователей к «мягкой» робототехнике растет. По сравнению с твердотельными системами, такие устройства имеют ряд преимуществ: потенциально они дешевле в производстве и обслуживании, а также обладают упрощенными механизмами управления и структурой, которая может меняться без ущерба для прочности. Кроме того, мягкие роботы могут быть изготовлены из различных, в том числе биосовместимых и биоразлагаемых, материалов. Это позволяет использовать таких роботов в медицине, например для доставки препаратов к нужным органам.

 

К настоящему времени разработано несколько биоразлагаемых элементов, которые могут использоваться при создании мягких медицинских роботов. Так, уже известны прототипы съедобных электродов, транзисторов, аккумуляторов, конденсаторов и датчиков. Однако возможности для изготовления биоразлагаемых приводов изучены недостаточно. Предложенные модели актуаторов (из желатинового гидрогеля и свиной кишки) предполагают активацию путем внешнего воздействия — с помощью магнитного и электрического поля. Это затрудняет управление роботом и требует присутствия квалифицированного оператора.

 

В новой статье инженеры из Национального центра научных исследований (NCCR) в области робототехники и Федеральной политехнической школы Лозанны описали технологию создания пневматического биоразлагаемого актуатора по схеме силиконового эластомера. На первом этапе авторы смешали глицерин, желатин и воду в разных пропорциях при 80 градусах Цельсия, после чего поместили раствор в акриловую форму и высушили при 25 градусах Цельсия. Спустя 48 часов мембрану толщиной 0,5 миллиметра разрезали на фрагменты и проверили на прочность. Анализ показал, что более высокий модуль Юнга имеет материал, изготовленный из смеси в пропорциях 1:1:8 соответственно.

 

Демонстрация захвата / ©Jun Shintake et al., arXiv.org, 2017

 

Аналогичным образом ученые получили трехмерный прототип актуатора — сплошную желатиновую структуру с полуизолированными камерами на подложке и трубкообразным отверстием с одной из сторон. Ширина прототипа составила 20 миллиметров, длина — 90 миллиметров, высота — 17 миллиметров. При подаче в отверстие сжатого воздуха актуатор быстро (за 0,5 секунды) сгибался и вновь разгибался, когда подача воздуха прекращалась. Испытания материала проводились на компрессорной установке: в ходе тестов системе из двух актуаторов удалось поднять, не повредив, вареное яйцо, и относительно тяжелые предметы, например бутылек из-под жвачки весом 153,1 грамма. Максимальный угол изгиба, который оказался доступен желатиновому актуатору, составил 170,3 градуса при давлении 25 килопаскалей.

 

По словам авторов, механические свойства нового актуатора сопоставимы с силиконовыми аналогами, при этом в будущем он может использоваться для диагностики (при размещении датчиков) или лечения внутренних органов, в том числе кишечника. В ближайшее время команда намерена изучить долговечность и вязкоупругость съедобного устройства, а также повысить минимальную температуру плавления материала: сейчас она не превышает 35 градусов Цельсия. Предполагается, что добавление в раствор хитозана позволит увеличить показатель до 67 градусов Цельсия.

 

Способ изготовления мягких роботов сильно зависит от сложности их структуры. Нередко с этой целью используется 3D-печать: так, с ее помощью ученые создали первого автономного октобота и пневматическое щупальце. При производстве биороботизированных систем применяется иная технология, в частности функцию силикона в них выполняют живые клетки.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 14:06
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

Вчера, 15:26
Василий Парфенов

Компания Microsoft несколько лет назад намеревалась не изменять номер своей основной операционной системы для компьютеров — «десятка» должна была остаться с нами надолго. Однако очередное крупное обновление, по мнению маркетологов, очевидно, оказалось достойно новой цифры в названии ОС. Windows 11 принесет пользователям не только новые функции, улучшения безопасности и быстродействия, а также измененный дизайн, но и лишится некоторых привычных элементов. Хотя если кто-то и расстроится из-за этого, то скучать будет лишь по парочке из них.

Позавчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

Позавчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: