Semprotan magnetis baru mengubah objek menjadi millirobots untuk aplikasi biomedis – ScienceDaily

Semprotan magnetis baru mengubah objek menjadi millirobots untuk aplikasi biomedis – ScienceDaily


Cara mudah membuat millirobots dengan melapisi objek dengan semprotan magnetis seperti lem dikembangkan dalam penelitian bersama yang dipimpin oleh ilmuwan dari City University of Hong Kong (CityU). Didorong oleh medan magnet, benda yang dilapisi dapat merangkak, berjalan, atau berguling di permukaan yang berbeda. Karena lapisan magnetik biokompatibel dan dapat hancur menjadi bubuk 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 bekerjasama dengan Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT), Chinese Academy of Sciences (CAS). Hasil penelitiannya telah dipublikasikan di jurnal ilmiah Ilmu Robotika, berjudul “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 mengenakan ‘lapisan magnet’ ini, kami dapat mengubah objek apa pun menjadi robot dan mengontrol pergerakannya. Semprotan-M yang kami kembangkan dapat menempel pada objek yang ditargetkan dan ‘mengaktifkan’ objek tersebut saat digerakkan oleh magnet. lapangan, “jelas Dr Shen.

Terdiri dari partikel polivinil alkohol (PVA), gluten dan besi, M-spray dapat melekat 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 asli dari objek.

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

Pemrograman ulang sesuai permintaan untuk mengubah mode gerak

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

Tuan Yang Xiong, rekan 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 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 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. “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 semprotan M dapat diabaikan.

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 dalam 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.

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.

“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.

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

Untuk Informasi Lebih lanjut silahkan Kunjungi : Lagu Togel

Author Image
adminProzen