14.03.2017
Редакция Naked Science

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.
22 октября
Ольга Иванова

Американские исследователи пришли к выводу, что человеческий мозг уменьшился из-за процессов глобализации, кооперации и разделения труда.

Вчера, 18:54
Мария Азарова

Ученые получили снимок планеты 2M0437b, которая сформировалась не более пяти миллионов лет назад и до сих пор остается чрезвычайно горячей.

22 октября
Александр Березин

Повелители тундростепей Евразийского континента, оказывается, вовсе не вымерли с концом ледникового периода. Вопреки тому, что считалось ранее, они выжили — как минимум на Таймыре и как минимум до 1900 года до нашей эры. А это на много веков позже постройки пирамиды Хеопса. Получается, человек не привел мамонта к вымиранию? Или, напротив, нашел затерянные на Таймыре остатки вида и уничтожил их совсем недавно? Это сложный вопрос, от которого зависит ответ на другой: могут ли слоны заселить Север России и в наши дни?

22 октября
Александр Березин

Повелители тундростепей Евразийского континента, оказывается, вовсе не вымерли с концом ледникового периода. Вопреки тому, что считалось ранее, они выжили — как минимум на Таймыре и как минимум до 1900 года до нашей эры. А это на много веков позже постройки пирамиды Хеопса. Получается, человек не привел мамонта к вымиранию? Или, напротив, нашел затерянные на Таймыре остатки вида и уничтожил их совсем недавно? Это сложный вопрос, от которого зависит ответ на другой: могут ли слоны заселить Север России и в наши дни?

19 октября
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

22 октября
Алиса Гаджиева

Археологи обнаружили доказательства того, что доисторическое строение возрастом в 11 тысяч лет использовали для церемониальных действий, а потом преднамеренно засыпали землей.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: