Semprotan magnetis baru mengubah objek menjadi millirobots untuk aplikasi biomedis
Robot

Semprotan magnetis baru mengubah objek menjadi millirobots untuk aplikasi biomedis


Dengan M-spray, benda kecil yang berbeda dapat diubah menjadi miliobot. Kredit: Universitas Kota Hong Kong

Para peneliti dalam proyek penelitian bersama yang dipimpin oleh seorang ilmuwan dari City University of Hong Kong (CityU) telah mengembangkan cara mudah untuk membuat millirobots, dengan melapisi objek dengan semprotan magnetis seperti lem. Didorong oleh medan magnet, benda yang dilapisi bisa merangkak, berjalan atau berguling di permukaan. Karena lapisan magnetik biokompatibel dan dapat dihancurkan menjadi bubuk bila diperlukan, teknologi ini menunjukkan potensi untuk 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 Institutes of Advanced Technology (SIAT), Chinese Academy of Sciences (CAS). Hasil penelitiannya telah dipublikasikan di jurnal ilmiah Ilmu Robotika, berjudul “Sebuah semprotan magnetis agglutinate mengubah benda mati menjadi milirobot untuk aplikasi biomedis.”

Mengubah objek menjadi miliobot dengan “lapisan 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 datang dengan pendekatan sederhana untuk membangun millirobots dengan melapisi objek dengan semprotan magnetis seperti lem, yang disebut semprotan M. “Ide kami adalah dengan memasang lapisan magnet ini, kami dapat mengubah objek apa pun menjadi robot dan mengontrol pergerakannya. M-spray yang kami kembangkan dapat menempel pada objek yang ditargetkan dan mengaktifkannya saat digerakkan oleh medan magnet,” jelas Dr. Shen.

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

Proses penyemprotan (X0.1) dan penggerak robot origami (X3). Kredit: SIAT

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

Dengan cara ini, saat digerakkan oleh medan magnet, objek dapat diubah menjadi miliobot dengan mode gerak yang berbeda, seperti merangkak, membalik, berjalan, dan berguling di berbagai permukaan termasuk kaca, kulit, kayu, dan pasir. Tim mendemonstrasikan fitur ini dengan mengubah benang kapas (1-D), origami (bidang datar 2-D), film polydimethylsiloxane (permukaan melengkung / lunak 2-D) dan pipa plastik (benda bundar 3-D) menjadi robot reptil lunak, robot multi-kaki, robot berjalan dan robot bergulir.

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

Pemrograman ulang sesuai permintaan untuk mengubah mode gerak

Tim dapat memprogram ulang mode penggerak millirobot sesuai permintaan. Mr Yang Xiong, salah satu penulis pertama makalah ini, menjelaskan bahwa secara konvensional, struktur awal robot biasanya diperbaiki setelah dibuat, sehingga membatasi keserbagunaannya dalam bergerak. Namun, dengan membasahi lapisan M-spray yang dipadatkan sepenuhnya untuk membuatnya menjadi perekat seperti lem dan kemudian dengan menerapkan medan magnet yang kuat, distribusi dan arah penjajaran partikel magnet (sumbu magnetisasi mudah) dari lapisan M-spray dapat diubah.

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

Semprotan magnet: Memberikan bionergi baru pada benda mati

Penerapan M-spray / M-skin pada kapsul untuk pemberian obat. Kredit: Tu dan Gao, Sci. Robot. 5, eabf1390 (2020)

Kemampuan navigasi dan properti yang dapat hancur

Fitur aktuasi yang dapat diprogram ulang ini juga berguna untuk navigasi 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 melakukan belokan tajam atau halus. Dan dampak aliran darah / cairan pada kemampuan gerak dan stabilitas pada kateter berlapis M-spray terbatas.

Dengan memprogram ulang lapisan semprotan M dari berbagai bagian benang kapas berdasarkan tugas pengiriman dan lingkungan, mereka selanjutnya menunjukkan bahwa lapisan ini dapat mencapai kemudi cepat dan melewati struktur sempit yang tidak teratur dengan mulus. Dr. Shen menunjukkan bahwa dari sudut pandang penerapan klinis, hal ini dapat mencegah terjatuhnya dinding tenggorokan yang tidak terduga selama pemasangan.

Video yang menunjukkan semprotan yang mengubah benda kecil mati menjadi miliobot seluler. Kredit: Yang et al., Sci. Robot. 5, eabc8191 (2020)

“Pemrograman ulang berbasis tugas menawarkan potensi yang menjanjikan untuk manipulasi kateter di esofagus kompleks, pembuluh darah dan uretra di mana navigasi selalu 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 PVA, gluten dan partikel besi, bersifat biokompatibel. Lapisan yang hancur bisa diserap atau dikeluarkan oleh tubuh manusia,” kata Dr. Shen, menekankan efek samping disintegrasi M- semprotan dapat diabaikan.

Semprotan magnetis baru mengubah objek menjadi millirobots untuk aplikasi biomedis

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

Pemberian obat berhasil di perut kelinci

Untuk lebih memverifikasi kelayakan dan efektivitas millirobot yang mendukung M-spray untuk pengiriman obat, tim melakukan uji in vivo dengan kelinci dan kapsul yang dilapisi dengan M-spray. Selama proses persalinan, kelinci dibius, dan posisi kapsul di perut dilacak dengan pencitraan radiologi. Ketika kapsul mencapai wilayah yang ditargetkan, para peneliti menghancurkan lapisan tersebut dengan menerapkan medan magnet berosilasi. “Sifat disintegrasi yang dapat dikendalikan dari semprotan-M memungkinkan obat itu dilepaskan di lokasi yang ditargetkan daripada tersebar di organ,” tambah Dr. Shen.

Semprotan magnet: Memberikan bionergi baru pada benda mati

Skema pengiriman obat di perut kelinci. Medan magnet diterapkan untuk penggerak robot, pencitraan radiologi diadopsi untuk evaluasi penggerak, dan pencitraan ultrasound diadopsi untuk evaluasi pelepasan obat. Kredit: Yang et al., Sci. Robot. 5, eabc8191 (2020)

Meskipun lapisan semprotan M akan mulai hancur dalam waktu sekitar delapan menit di bawah 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 mengganti partikel besi dengan partikel nikel, lapisan tersebut dapat tetap stabil di lingkungan yang sangat asam bahkan setelah 30 menit.

Video tentang kapsul berlapis kulit M yang menavigasi ke dalam model perut dan di dalam perut kelinci (ex vivo). Begitu mencapai target, kapsul dirangsang oleh medan magnet berosilasi yang kuat, menyebabkan disintegrasi M-skin dan pelepasan microbeads dari dalam kapsul. Kredit: Yang et al., Sci. Robot. 5, eabc8191 (2020)

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

Video yang menunjukkan sifat kental dan seperti tetesan air dari semprotan-M. Kredit: Yang et al., Sci. Robot. 5, eabc8191 (2020)

Siswa membuat semprotan untuk desinfektan flash di institusi


Informasi lebih lanjut:
X. Yang el al., Sebuah semprotan magnetis agglutinate mengubah benda mati menjadi miliobot untuk aplikasi biomedis. Ilmu Robotika (2020). robotics.sciencemag.org/lookup… /scirobotics.abc8191

J. Tu el al., Spray-on magnetic skin untuk penggerak robotik. Ilmu Robotika (2020). robotics.sciencemag.org/lookup… /scirobotics.abf1390

Disediakan oleh City University of Hong Kong

Kutipan: Semprotan magnetis baru mengubah objek menjadi millirobots untuk aplikasi biomedis (2020, 18 November), diakses 27 November 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-11-magnetic-millirobots-biomedical-applications.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Singapore Prize