Крошечный, похожий на гусеницу мягкий робот складывается, перекатывается, захватывает и деградирует

Когда вы слышите термин «», вы можете подумать о сложном оборудовании, работающем на фабриках или путешествующем по другим планетам. Но «миллироботы» могут это изменить. Это роботы шириной с палец, которые когда-нибудь смогут доставлять лекарства или проводить минимально инвазивные операции. Теперь исследователи, сообщающие в Прикладные полимерные материалы ACS разработали мягкого, биоразлагаемого, магнитного миллиробота, вдохновленного способностями ходить и хватать насекомых.


Некоторые мягкие миллироботы уже разрабатываются для различных биомедицинских приложений благодаря их небольшому размеру и способности питаться от внешнего источника, часто от магнитного поля. Их уникальная структура позволяет им, например, передвигаться или перекатываться через неровные ткани нашего желудочно-кишечного тракта. Когда-нибудь их можно будет даже покрыть лекарственным раствором и доставить лекарство именно туда, где оно необходимо в организме. Однако большинство миллироботов сделаны из неразлагаемых материалов, таких как силикон, а это означает, что их придется удалять хирургическим путем, если они используются в клинических целях. Кроме того, эти материалы не такие гибкие и не позволяют точно настраивать свойства робота, что ограничивает его адаптивность. Итак, Ванфэн Шан, Яцзин Шен и их коллеги хотели создать миллиробота из мягких биоразлагаемых материалов, который может хвататься, катиться и карабкаться, но затем легко растворяется после выполнения своей работы.

В качестве доказательства концепции исследователи создали миллиробота, используя раствор желатина, смешанный с микрочастицами оксида железа. Размещение материала над постоянным магнитом заставляло микрочастицы в растворе выталкивать гель наружу, образуя насекомоподобные «ножки» вдоль линий магнитного поля. Затем гидрогель помещали на холод, чтобы он стал более твердым. Последним этапом было замачивание материала в сульфате аммония, чтобы вызвать образование поперечных связей в гидрогеле, что сделало его еще прочнее. Изменение различных факторов, таких как состав раствора сульфата аммония, толщина геля или сила магнитного поля, позволяло исследователям настраивать свойства. Например, размещение гидрогеля дальше от магнита привело к тому, что ноги стали меньше, но длиннее.

Поскольку микрочастицы оксида железа образуют магнитные цепи внутри геля, перемещение магнита рядом с гидрогелем заставляло ноги сгибаться и производить хватательные движения, похожие на когти. В экспериментах материал захватывал напечатанный на 3D-принтере цилиндр и резиновую ленту и перемещал каждую из них в новые места. Кроме того, исследователи проверили способность миллиробота доставлять лекарство, покрывая его раствором красителя, а затем прокручивая через модель желудка. Оказавшись в пункте назначения, робот развернулся и выпустил краску, используя магниты. Поскольку он сделан с использованием водорастворимого желатина, миллиробот легко разлагается в воде за два дня, оставляя после себя только крошечные магнитные частицы. Исследователи говорят, что новый миллиробот может открыть новые возможности для доставки лекарств и других биомедицинских приложений.

Авторы выражают благодарность Национальному фонду естественных наук Китая, Гонконгскому фонду общих исследований RGC и Шэньчжэньскому ключевому исследовательскому проекту.

Видео: https://youtu.be/1va-OQvfJDg