Многоногий полимерный робот доставит пилюлю по назначению

Китайские инженеры создали полимерного шагающего робота, управляемого с помощью внешнего магнитного поля. Разработчики предполагают, что в будущем подобные роботы можно будет использовать для перемещения лекарств внутри человеческого организма, и продемонстрировали это на примере доставки капсулы внутри модели желудка. Статья опубликована в журнале Nature Comminications.

Инженеры много лет работают над созданием автономных медицинских устройств, которые могли бы работать внутри человеческого тела и выполнять полезные функции, к примеру, доставлять лекарства к конкретным областям тела или проводить обследование. Поскольку эти устройства должны быть крайне компактными, разработчики сталкиваются с целым рядом проблем, главные из которых заключаются в создании компактных, но в то же время эффективных двигателей или актуаторов, а также источников питания для их работы.

Некоторые исследовательские группы в качестве решения этих проблем предлагают использовать внешнее магнитное поле для управления движением робота. К примеру, в начале 2018 года немецкие инженеры создали магнитную робополоску, способную ходить и перемещать предметы. Обычно эти роботы используют крайне простые механизмы движения и из-за этого перемещаются с низкой эффективностью. Группа инженеров из Городского университета Гонконга под руководством Яцзина Шэня (Yajing Shen) создала нового магнитного робота, имеющего множество ног, позволяющих снизить трение с поверхностью и повысить эффективность ходьбы.

При разработке робота инженеры отталкивались от строения живых организмов, имеющих ноги. Обычно длина их ног в один-два раза превышает расстояние между ногами, потому что это позволяет животному быть одновременно достаточно устойчивым и эффективно передвигаться. Инженеры решили выбрать похожее соотношение — длина ног робота составляет 0,65 миллиметра, а расстояние между ними 0,6 миллиметра. Общая длина такой полоски с множеством ног составляет 17 миллиметров. Процесс создания робота достаточно прост: инженеры создавали смесь из полидиметилсилоксана и железных частиц в органическом растворителе гексане, а во время ее затвердевания подносили к ней магнит, который, воздействуя на ферромагнитные частицы в полимере, формировал конические структуры над полимерной полоской.

Инженеры создали аппарат с перемещаемым по трем осям магнитом, а также разработали две схемы движения, во время которых робот либо периодически поднимает всю свою переднюю часть, либо попеременно разные стороны:

Испытания показали, что при частоте цикла перемещения магнита 16 герц робот может за секунду преодолеть расстояние, равное 44 длинам его ноги. Для сравнения, у человека этот показатель составляет около 7,5 длины ноги, а у гепарда 33,3. Потенциальное применение робота разработчики продемонстрировали на примере перемещения капсулы массой 91,4 миллиграмма, что более чем в два раза превышает собственную массу робота. Другие испытания показали, что максимальная масса перемещаемой роботом нагрузки составляет сто его собственных масс.