Пневматические робопальцы сделали съедобными — Naked Science
14.03.2017
7 минут
Редакция
32

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

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.

Вчера, 15:12
1 минута
Илья Ведмеденко

В Соединенных Штатах провели церемонию спуска на воду USS Cooperstown (LCS 23) — корабля прибрежной зоны Littoral Combat Ship типа Freedom. В скором времени он пополнит состав ВМС США.

Позавчера, 09:37
7 минут
Сергей Васильев

Магнитосфера Земли была достаточно сильной еще до того, как у планеты появилось внутреннее ядро и заработал механизм «геомагнитного динамо»: похоже, на первых этапах ее подпитывал совершенно другой механизм.

Вчера, 14:50
34 минуты
Александр Березин

SpaceX рассчитывает к 2050 году создать на Марсе колонию на миллион человек. Звучит абсурдно: осталось всего 30 лет, а до первого полета на Марс еще многие годы. Некоторые ученые, включая российских, считают планы Маска «фантазией» и «пропагандой». Тем не менее сама по себе постройка миллионной колонии на Красной планете вполне реальна. Разберемся, почему и отчего в это так трудно поверить остальному миру.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

17 января
7 минут
ТГУ

Старший научный сотрудник лаборатории «Гербарий» БИ ТГУ Вера Костикова совместно с новосибирскими коллегами выявила ценные лекарственные свойства у спиреи – кустарника, используемого в озеленении городов и дачных участков. Фитохимическое исследование показало, что растение обладает противовирусной и антиоксидантной активностью, что делает его перспективным для использования в медицине.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

7 января
44 минуты
Александр Березин

Вашингтон и Тегеран близки к войне как никогда за последние годы. Но, скорее всего, США не пойдут дальше ограниченных ударов. Слишком уж неприятные последствия имели предшествующие силовые операции Штатов в Иране. Попробуем разобраться, что именно их остановит на этот раз.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: