Элементы медицинских роботов

Миниатюрные мягкие роботы могут действовать внутри человеческого тела с минимальными последствиями для его здоровых тканей — оперировать, брать пробу тканей для анализа, перемещать клетки, доставлять лекарства. Чтобы оказаться в нужном месте, робот должен двигаться вместе с жидкостями тела. Мягкая робототехника требует от разработчиков знания биохимии, процессов тепло- и массопереноса, механики жидких сред и свойств полимеров. Ведь при создании таких мягких роботов используют мягкие пластики, гидрогели, жидкие кристаллы, коллоиды.

Все эти материалы и методы изучают в лаборатории новых материалов для роботизированных технологий Университета Ватерлоо, которой руководит профессор факультета Химической инженерии Хамед Щахсаван (Hamed Shahsavan). Недавно его группа разработала умные биосовместимые элементы размером не больше сантиметра для медицинских роботов. Они сделаны из гидрогелей мономеров сульфобетаиновых метакрилатов и асимметричных нанокристаллов целлюлозы.

Эти гидрогелевые композиты обладают анизотропными свойствами. Мягкий элемент из такого композита изменяет свою форму при изменении кислотности среды. Сами изменения можно программировать, задавая начальную ориентацию наночастиц целлюлозы в композите. Этот материал восстанавливается после повреждения, элементы из него можно соединять без склейки. Поэтому собрать можно робот любой конфигурации.

Испытания показали, что элемент мягкого робота из гидрогеля успешно движется по извилистому лабиринту под управлением внешнего магнитного поля, захватывает и перемещает небольшой груз. Следующий шаг ученых — уменьшение размеров элемента робота до миллиметра и меньше. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.