Растительные материалы придают «жизнь» маленьким мягким роботам

Эти маленькие роботы имеют потенциал для проведения медицинских процедур, таких как биопсия, транспортировка клеток и тканей в минимально инвазивной форме. Они могут перемещаться по ограниченным и затопленным средам, таким как человеческое тело, и доставлять хрупкий и легкий груз, такой как клетки или ткани, в целевую позицию.

Маленькие мягкие роботы имеют длину максимум один сантиметр и являются биосовместимыми и нетоксичными. Роботы изготовлены из передовых комбинированных гидрогелей, которые включают устойчивые наночастицы целлюлозы, полученные из растений.

Это исследование, руководимое Хамедом Шахсаваном, профессором отделения химической инженерии, предлагает комплексный подход к проектированию, синтезу, изготовлению и управлению микророботами. Гидрогель, использованный в этой работе, меняет свою форму при воздействии внешней химической стимуляции. Возможность направлять наночастицы целлюлозы по своему усмотрению позволяет исследователям программировать такое изменение формы, что критически важно для изготовления функциональных мягких роботов.

“В нашей исследовательской группе мы соединяем старое и новое,” – сказал Шахсаван, директор Лаборатории интеллектуальных материалов для передовых робототехнологий (SMART-Lab). “Мы представляем новейшие микророботы, используя традиционные мягкие материалы, такие как гидрогели, жидкие кристаллы и коллоиды.”

Другая уникальная составляющая этого передового интеллектуального материала заключается в его способности к самовосстановлению, что позволяет программируемо изменять форму роботов в широком диапазоне. Исследователи могут разрезать материал и склеить его вместе без использования клея или других адгезивов, чтобы создавать разные формы для разных процедур.

Материал может быть дополнительно модифицирован магнетизмом, что облегчает движение мягких роботов через человеческое тело. В качестве доказательства концепции того, как робот будет маневрировать через тело, исследователи перемещали маленького робота через лабиринт, управляя его движением с помощью магнитного поля.

“Химические инженеры играют важную роль в продвижении границ медицинских исследований в области микроробототехники,” – сказал Шахсаван. “Интересно то, что решение проблем в микроробототехнике требует навыков и знаний, которыми обладают химические инженеры, включая передачу тепла и массы, гидродинамику, реакционную инженерию, полимеры, науку о мягких материалах и биохимические системы. Таким образом, мы находимся в уникальном положении, чтобы предложить новые возможности в этой развивающейся области.”

Следующим шагом в данном исследовании является уменьшение размеров робота до субмиллиметрового уровня.

Исследовательская группа Шахсавана сотрудничала с профессором Тизазу Меконненом из отделения химической инженерии Ватерлоовского университета, профессором Ширли Танг, замдеканом факультета наук (исследования), и профессором Амиррезой Агахани из университета Штутгарта в Германии.