分享

超越“前人”,僅7.8毫米!新型無線水陸兩用折紙機器人能翻能滾

2022-06-16  學術頭條   |  轉藏
   


談到機器人,我們腦海中浮現出的畫面,可能大多數是一些龐然大物,它們不太聰明地完成了一次又一次的重復性工作。

但是,事實并非這樣。

在機器人的世界中,還有一類特別小(或許只有納米級)、但非常靈活的微型機器人。它們不僅能夠在液態環境中行動自如,完成拾取和運輸物體等任務,而且還可以由磁場和光驅動,具備非常高的速度、精確度和敏捷性。

由于體型小、功能多樣,微型機器人已經成為當前機器人領域的研究熱點之一,有望執行各種任務,具有多種生物醫學應用潛能。

但是,現有折紙機器人需要復雜系統來實現多功能性,而且運動模式有限,無法同時實現在陸地和水中的移動。

如今,來自斯坦福大學的研究團隊解決了這一問題,他們研發出了一種新型無線水陸兩用毫米級折紙機器人。


據介紹,這個水陸兩用機器人,可以利用磁鐵和折紙折疊方式進行多方向基于旋轉的移動,在多種環境中移動并執行多種任務,比如受控的液體藥物遞送和定向固體貨物運輸等。

相關研究論文以“Spinning-enabled wireless amphibious origami millirobot”為題,發表在科學期刊《自然-通訊》(Nature Communications)上。

(來源:Nature Communications

研究團隊表示,新型毫米級折紙機器人或在未來作為一種微創裝置,用于生物醫學診斷和治療。

越小、越簡單,就越好

如果你曾經吞過一個圓形藥片,希望它能治愈你身體內從胃痙攣到頭痛的一切疾病,那么你就知道,大多數藥物并不是被設計為精準治療某一部位的疼痛和疾病。

近幾十年來,盡管非處方藥已經治愈了許許多多的疾病,但科學家們也一直在探索能夠精準治療心血管疾病、癌癥等復雜疾病的靶向藥物的遞送方法,而微型機器人就是其中的重要方向之一。

與吞服藥丸或注射液體不同,遞送藥物的微型機器人會一直保留藥物,直到到達目標,然后釋放出高濃度藥物。

在此次研究工作中,新型毫米級折紙機器人的截面直徑僅有 7.8 毫米,由 Kresling 折紙(三角構成的空心圓柱體)樣式和附著的磁鐵盤構成。

同時,利用 Kresling 折紙的折疊/展開能力,新型毫米級折紙機器人不僅可以實現滾動、翻轉和旋轉等動作,還可以通過泵送來遞送液體藥物。

研究團隊還強調,旋轉動作提供的一種吸附機制可用于運送貨物。

如下圖所示,新型毫米級折紙機器人具備沿著特定軌跡運動或遞送藥物的能力。

圖|水中的自適應移動

圖|正在爬坡

圖|水中定向運輸液體藥物

而且,新型毫米級折紙機器人無論是在水上、水面和水下,還是在充滿粘液的豬胃內,都可以正常工作。

圖|兩棲貨運運輸

圖|在含有粘性液體的豬胃中運動

研究團隊表示,此次研究工作的開創性在于,它超越了大多數基于折紙的機器人的設計,以往的設計僅僅利用折紙的可折疊性來控制機器人的變形和移動方式。

除了研究折疊如何使機器人能夠執行某些動作之外,研究團隊還考慮了每個折疊的確切形狀的尺寸如何影響機器人在未折疊時的剛性運動。

新型毫米級折紙機器人的另一個獨特設計是某些幾何特征的組合,中心的縱向孔和側面向上傾斜的橫向狹縫可以降低液體阻力,從而保證機器人更好地移動。

據介紹,該機器人不僅可以提供一種有效分配藥物的便捷方式,還可以用于將儀器或相機攜帶到體內,從而改變醫生檢查病人的方式。

此外,研究團隊還致力于使用超聲波成像的方式來跟蹤該機器人的運動,因而不需要切開器官。

期待下一個 10 年

機器人學是一門前瞻性學科,旨在幫助人類克服一系列重大的難題,尤其是在醫療領域。

去年 11 月,哈佛醫學院在一篇綜述文章中分析了 2010-2020 年期間醫療機器人領域中的 8 個關鍵研究主題,并回顧了科學家們 10 年中在醫療機器人領域取得的眾多激動人心的進展。

8 個關鍵科研主題分別為:機器人腹腔鏡、用于微創手術的非腹腔鏡機器人、輔助穿戴式機器人、治療康復機器人、膠囊機器人、磁驅動機器人、軟體機器人和連續體機器人。

圖|8 個關鍵研究主題的臨床應用示例(來源:Science Robotics


其中,磁驅動機器人技術正日趨成熟,工程和醫學論文呈指數級增長,但其發展趨勢在一定程度上取決于微型機器人的臨床應用能否得到快速發展。

自 1990 年以來,在 19000 多篇關于醫療機器人技術的工程論文中,只有少數幾篇可以被認為能夠用于現有的商業醫療機器人,即使是具有高技術影響力的論文,其專利引用數量也不多。

在某種程度上,造成這種現象的原因可能是由于技術開發與對應商業應用之間存在的嚴重滯后,或者是技術研究與醫療器械商業化現實之間的不匹配。

因此,將機器人技術應用于臨床所需,不僅僅是撰寫被廣泛引用的研究文章,而是必須確定真正的臨床需要,必須開發相關技術來滿足這些需求。

當前磁驅動的發展趨勢表明,磁端導管和內窺鏡的研究也正在回歸其根源,科學家或將以更小的規模生產出比復雜的拉線或電機設備更經濟的可操作醫療設備,它們可以無害地穿透整個人體。

下一個 10 年,我們或將可以看到磁驅動機器人技術催化出更有效的醫療治療,從而加速商業落地與臨床應用。

參考資料:
/articles/s41467-022-30802-w
/press/view/44011
https://mp.weixin.qq.com/s/woC7712grcw1IzHKLF6Pig

點這里關注我??記得標星~

熱門視頻推薦

    轉藏 全屏 打印 分享 獻花(0

    0條評論

    發表

    請遵守用戶 評論公約

    類似文章 更多

    ass年轻少妇浓毛pics <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链>