Крошечный мягкий робот-многоножка для доставки лекарств в организме человека

Источник изображения: City University of Hong Kong

В городском университете Гонконга (City University of Hong Kong) разработан новый робот-многоножка, способный выдерживать большие нагрузки и адаптироваться к неблагоприятной окружающей среде. Этот мини-робот доставщик может положить начало новой технологии доставки лекарств в организме человека.

Исследования по созданию мягких мини-роботов проводятся во всем мире, однако пока только в университете Гонконга смогли воплотить в жизнь уникальную конструкцию робота.

В основе дизайна лежит принцип передвижения насекомых - гусеницы или многоножки. Такой подход позволяет существенно уменьшить трение и, как следствие, энергозатраты на передвижение. Робот-многоножка может уверенно передвигаться по скользким, гладким или неровным поверхностям,покрытым жидким или гелеобразным веществом (кровь и слизь - теле человека).

Дизайн робота - био-вдохновние

Основным элементом, который выделяет этого робота, являются сотни маленьких ножек длиной менее 1 мм, которые выглядят как короткие крошечные волоски. Такой принцип в конструкции был применен не случайно. Исследовательская группа изучила структуры ног сотен наземных животных, в том числе с 2, 4, 8 и большим количеством ног.

В частности, было определено соотношение между длиной ноги и промежутком между ногами.

«У большинства животных соотношение длин ног к промежутку между ногами составляет значения в промежутке от 2:1 до 1:1. Таким образом, мы решили создать нашего робота, используя пропорцию 1:1», -

объясняет глава исследовательской группы, доктор Шен Яджинг (Shen Yajing) - доцент кафедры биомедицинской инженерии Городского университета Гонконга

Толщина тела робота составляет приблизительно 0,15 мм. Каждая нога робота размером 0,65 мм, а промежуток между ногами составляет около 0,6 мм, что делает соотношение длины ноги к промежутку между ногами примерно 1:1.

Кроме того, ноги робота имеют коническую форму с заострением на кончиках,что значительно уменьшает площадь контакта с поверхностью и силу трения.

Лабораторные тесты показали, что робот-многоножка при контакте с поверхностью преодолевает силу трения в 40 раз меньшую, чем безногий змееподобный робот, как в сухой, так и во влажных средах.

Робот-многоножка изготовлен из полидиметилсилоксана (PDMS), содержащего магнитные частицы. При создание электромагнитного поля возможно дистанционно управлять роботом.

«Используемые материалы в сочетании с конструкцией многоножки значительно улучшают гидрофобные свойства робота. Кроме того, сам материал схож с резиной и может быть легко разрезан для изготовления роботов различной формы и размеров для любых целей», -

говорит профессор кафедры инженерной механики Ванг Зуанкай (Wang Zuankai), который изначально предложил данную исследовательскую идею и инициировал сотрудничество между исследователями.

Легкое перемещение в суровых условиях. Как управляется робот-многоножка?

Управление роботом-многоножкой происходит при помощи магнитного манипулятора. Робот может перемещаться как прямо, используя двигательный аппарат, так и в обратную сторону по принципу маятника. Это означает, что он может использовать передние ноги, чтобы откинуться вперед, а также раскачиваться и продвигаться, становясь поочередно на левую или правую сторону.

«Неровная поверхность и различия в текстуре тканей внутри человеческого тела делают перемещение в таких условиях непростой задачей. Наш многоногий робот демонстрирует впечатляющую скорость на различных участках и, следовательно, этот факт открывает широкие возможности для доставки лекарств внутри организма», -

говорит профессор Ванг.

Исследовательская группа также доказала, что, столкнувшись с препятствием, превышающим длину его ноги в десять раз, робот с его деформируемыми мягкими ножками способен поднять один конец своего тела, под углом в 90 градусов и легко преодолеть препятствие. Робот также может дополнительно ускориться за счет увеличения силы электромагнитного поля.

Робот демонстрирует способность нести повышенную нагрузку. Лабораторные испытания показали, что робот способен перемещать груз, в 100 раз более тяжелый, чем он сам.

Это делает робота-многоножку подобным муравью, одному из самых сильных существ в природе, или человеку, способному легко поднять 26-местный микроавтобус.

По мнению доктора Шена все три качества вместе: способность нести большой вес, удивительная проходимость и способность к преодолению препятствий, делают данного робота незаменимым при перемещении в суровых условиях. Доставка лекарств внутри полостей тела человека или осмотр труднодоступных мест - это главные задачи при применении робота-многоножки.

Перед проведением дальнейших испытаний на животных и, в конечном итоге, на людях исследовательские группы продолжают совершенствовать конструкцию и функциональность робота в трех аспектах: создание и применение биоразлагаемого материала, изучение новых форм робота и внедрение дополнительных функций.

«Мы надеемся создать биоразлагаемого робота в ближайшие два-три года, чтобы он естественным образом метаболизировался в организме после доставки лекарств», - говорит доктор Шен.

робототехника робот-многоножка City University of Hong Kong