Semprotan Magnetik Baru Mengubah Objek menjadi Robot Skala Serangga untuk Aplikasi Biomedis

Milirobot reptil berubah dari gerakan ulat menjadi gerakan concerto setelah pemrograman ulang. Kredit: Universitas Kota Hong Kong

Cara mudah membuat millirobots dengan melapisi objek dengan semprotan magnetis mirip lem telah dikembangkan dalam penelitian bersama yang dipimpin oleh seorang ilmuwan dari Hong Kong City University (CityU). Dipandu oleh medan magnet, benda yang dilapisi dapat merangkak, berjalan, atau berguling di permukaan yang berbeda. Karena lapisan magnetik bersifat biokompatibel dan dapat hancur menjadi debu bila diperlukan, teknologi ini menunjukkan potensi aplikasi biomedis, termasuk navigasi kateter dan pemberian obat.

Tim peneliti dipimpin oleh Dr. Shen Yajing, Associate Professor dari Department of Biomedical Engineering (BME) di CityU bekerja sama dengan Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT), Chinese Academy of Sciences (CAS). Hasil penelitiannya dipublikasikan dalam jurnal ilmiah Science Robotics yang berjudul “Sebuah semprotan magnetis yang diaglutinasi mengubah benda mati menjadi miliobot untuk aplikasi biomedis.”


Cara mudah membuat millirobots dengan melapisi objek dengan semprotan magnet telah dikembangkan dalam penelitian bersama yang dipimpin oleh seorang ilmuwan CityU. Karena lapisan magnetis bersifat biokompatibel dan dapat hancur menjadi debu bila diperlukan, teknologi ini menunjukkan potensi aplikasi biomedis. Kredit: Universitas Kota Hong Kong

Mengubah objek menjadi miliobot dengan “perisai magnet”

Ilmuwan telah mengembangkan robot millirobots atau skala serangga yang dapat beradaptasi dengan lingkungan yang berbeda untuk aplikasi eksplorasi dan biomedis.

Tim peneliti Dr. Shen telah menemukan pendekatan sederhana untuk membangun millirobots dengan melapisi objek dengan semprotan magnetis serumit lem, yang disebut semprotan-M. “Ide kami adalah dengan meletakkan ‘perisai magnet’ ini, kami dapat mengubah objek apa pun menjadi robot dan mengontrol penggeraknya. Semprotan-M yang kami kembangkan dapat menyerang objek target dan” mengaktifkan “objek saat dipandu. oleh medan magnet, ”jelas Dr. Shen.

Dr Shen adalah Tim di CityU

Dr. Shen (tengah) dan tim di CityU. Kredit: Universitas Kota Hong Kong

Terdiri dari partikel polivinil alkohol (PVA), gluten dan besi, M-spray dapat menempel pada permukaan kasar dan halus dari satu objek (1D), dua (2D) atau tiga dimensi (3D) secara instan, stabil dan kuat. Film yang terbentuk di permukaan tebalnya hanya sekitar 0,1 hingga 0,25 mm, yang cukup tipis untuk mempertahankan ukuran, bentuk, dan struktur objek aslinya.

Setelah melapisi objek dengan M-spray, para peneliti memagnetasinya dengan satu atau beberapa arah magnet, yang dapat mengontrol bagaimana objek bergerak dari medan magnet. Kemudian mereka menerapkan panas ke objek sampai lapisannya mengeras.

Dengan cara ini, jika dipandu oleh medan magnet, objek dapat diubah menjadi miliobot dengan berbagai mode penggerak, seperti merangkak, berputar, berjalan, dan berguling, pada berbagai permukaan mulai dari kaca, kulit, kayu hingga pasir. Tim mendemonstrasikan fitur ini dengan mengubah benang kapas (1D), origami (lembaran datar 2D), film polydimethylsiloxane (PDMS) (2D / permukaan lengkung lunak) dan pipa plastik (benda bulat 3D) menjadi robot reptil lunak, robot multi-kaki, robot berjalan dan robot berputar masing-masing.

Pemrograman ulang sesuai permintaan untuk mengubah mode penggerak

Yang membuat pendekatan ini istimewa adalah tim dapat memprogram ulang mode penggerak millirobot sesuai permintaan.

Tuan Yang Xiong, penulis pertama makalah ini, menjelaskan bahwa, secara konvensional, struktur awal robot biasanya diperbaiki setelah dibuat, sehingga membatasi keserbagunaannya dalam gerakan. Namun, dengan sepenuhnya membasahi lapisan semprotan M yang dipadatkan untuk membuatnya perekat sebagai lem dan kemudian menerapkan medan magnet yang kuat, arah distribusi dan penjajaran partikel magnet (sumbu magnetisasi mudah) dari lapisan semprotan M dapat berubah.

Pemrograman Ulang Sesuai Permintaan Millirobot

Milirobot reptil berubah dari gerakan ulat menjadi gerakan concerto setelah pemrograman ulang. Kredit: Universitas Kota Hong Kong

Eksperimennya telah menunjukkan bahwa millirobot yang sama dapat beralih di antara mode penggerak yang berbeda, seperti gerakan ulat 3D yang lebih cepat di lingkungan yang luas ke gerakan concerto 2D yang lebih lambat untuk melewati celah yang sempit.

Kemampuan navigasi dan properti yang dapat hancur

Fitur tindakan yang dapat diprogram ulang ini juga berguna untuk menavigasi menuju target. Untuk mengeksplorasi potensi dalam aplikasi biomedis, tim melakukan eksperimen dengan kateter, yang banyak digunakan untuk dimasukkan ke dalam tubuh untuk mengobati penyakit atau melakukan prosedur pembedahan. Mereka menunjukkan bahwa kateter berlapis semprotan M dapat membuat belokan tajam atau mulus. Dan pengaruh aliran darah / cairan terhadap kemampuan bergerak dan stabilitas pada kateter bersalut M-spray terbatas.

Dengan memprogram ulang pelapisan M-spray dari berbagai bagian benang kapas berdasarkan tugas pengiriman dan lingkungan, mereka juga menunjukkan bahwa itu dapat mencapai arah yang cepat dan melewati dengan mulus melalui struktur yang tidak teratur dan rapat. Dr. Shen mencatat bahwa, dari sudut pandang aplikasi klinis, ini dapat mencegah pengendapan tiba-tiba yang jatuh ke dinding tenggorokan selama pemasangan. “Pemrograman ulang berbasis aktivitas menawarkan potensi yang menjanjikan untuk manipulasi kateter di esofagus kompleks, pembuluh darah, dan uretra di mana navigasi masih diperlukan,” katanya.

Fitur penting lainnya dari teknologi ini adalah bahwa lapisan M-spray dapat dihancurkan menjadi bubuk sesuai permintaan dengan manipulasi medan magnet. “Semua bahan baku M-spray, yaitu partikel PVA, gluten dan besi, bersifat biokompatibel. Lapisan yang hancur dapat diserap atau dihilangkan oleh tubuh manusia, ”kata Dr. Shen, mencatat bahwa efek samping dari disintegrasi M-spray dapat diabaikan.

Pemberian obat berhasil di perut kelinci

Untuk lebih memverifikasi kelayakan dan efektivitas semprotan M yang diaktifkan oleh millirobot untuk pengiriman obat, tim melakukan tes in vivo dengan kelinci dan kapsul berlapis semprotan M. Selama proses persalinan, kelinci dibius, dan posisi kapsul di dalam perut diplot dengan pencitraan radiologi. Ketika kapsul mencapai wilayah target, para peneliti melepaskan lapisan tersebut dengan menerapkan medan magnet berosilasi. “Properti disintegrasi yang dapat dikendalikan dari M-spray memungkinkan obat dilepaskan di lokasi yang ditargetkan daripada menyebar di organ,” tambah Dr. Shen.

Meskipun lapisan semprotan M akan mulai hancur dalam waktu sekitar delapan menit di lingkungan yang sangat asam (tingkat pH 1), tim menunjukkan bahwa lapisan PVA tambahan di permukaan lapisan semprotan M dapat memperpanjangnya hingga sekitar 15 menit. . Dan jika Anda mengganti partikel besi dengan partikel nikel, lapisan tersebut dapat tetap stabil di lingkungan asam yang kuat bahkan setelah 30 menit.

“Hasil eksperimen kami menunjukkan bahwa beberapa millirobots dapat dibangun dengan M-spray yang dapat beradaptasi dengan berbagai lingkungan, kondisi permukaan, dan rintangan. Kami berharap strategi konstruksi ini dapat berkontribusi pada pengembangan dan penerapan millirobots di berbagai bidang,” seperti transportasi aktif, sensor dan perangkat seluler, terutama untuk tugas-tugas di ruang terbatas, ”kata Dr. Shen.

Referensi: 18 November 2020, Robotika Ilmiah.
DOI: 10.1126 / scirobotics.abc8191

Dr. Shen dari CityU dan Dr. Wu Xinyu dari SIAT dari CAS adalah penulis korespondensi dari makalah ini. Penulis pertama adalah Tn. Yang Xiong, mahasiswa PhD dari BME di CityU dan Dr. Shang Wanfeng dari SIAT CAS. Rekan penulis lainnya termasuk Dr. Lu Haojian, Dr. Liu Yanting, Mr. Yang Liu, dan Ms. Tan Rong, lulusan baru dan mahasiswa doktoral dari tim Dr. Shen.

Penelitian ini didukung oleh National Science Foundation of China dan Hong Kong Research Grants Council.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Skrining sinar-X mengidentifikasi obat yang menjanjikan untuk pengobatan COVID-19

Sebuah tim peneliti, termasuk ilmuwan MPSD, telah mengidentifikasi beberapa kandidat untuk melawan obat tersebut SARS-CoV-2 coronavirus menggunakan sumber cahaya sinar-X PETRA III di German...

Teori konspirasi memengaruhi perilaku kita – bahkan jika kita tidak mempercayainya!

Paling tidak karena COVID-19 pandemi, teori konspirasi lebih relevan dari sebelumnya. Mereka diberitakan dan didiskusikan di hampir semua media dan komunikasi. Tapi...

“Doodle Ringan” Nyata dalam Waktu Nyata

Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah merancang dan menerapkan algoritme yang disederhanakan untuk mengubah garis yang digambar secara bebas menjadi hologram pada CPU...

Teleskop Webb NASA menyertakan tabir surya seukuran lapangan tenis untuk perjalanan jutaan kilometer

Kedua wajah tabir surya James Webb Space Telescope dinaikkan secara vertikal untuk mempersiapkan pelipatan lapisan tabir surya. Kredit: NASA / Chris Gunn Insinyur bekerja...

Mineralogi Hangat Global Mengelola Pusat Perlindungan Kehidupan Batin

Tim lapangan DeMMO dari kiri ke kanan: Lily Momper, Brittany Kruger, dan Caitlin Casar mengambil sampel air yang meledak dari toilet DeMMO. Pendanaan:...

Newsletter

Subscribe to stay updated.