«Симулятор полёта» показывает, как мозг даёт сбой, почему глубокие вздохи полезны для здоровья, один белок — ключ к памяти иммунной системы, команда выясняет, когда люди превращаются в «страусов».
Новая техника 3D-печати позволяет создавать «магнитные мышцы» толщиной с бумагу, которые можно применять к структурам оригами, чтобы приводить их в движение.
Исследователи из Университета штата Северная Каролина внедрили ферромагнитные частицы в эластомеры, похожие на резину, и с помощью 3D-печати создали тонкую магнитную плёнку, которую можно нанести на структуры оригами. Под воздействием магнетизма плёнки работают как исполнительные механизмы, заставляя систему двигаться, не нарушая при этом движения структуры оригами.
Этот тип мягкого магнита уникален тем, что занимает мало места, говорит Сяомен Фан, доцент колледжа текстиля Уилсона и ведущий автор статьи, посвящённой этой технике.
«Традиционно в магнитных исполнительных механизмах используются небольшие жёсткие магниты, которые можно прикрепить к холодильнику. Вы помещаете такие магниты на поверхность мягкого робота, и они заставляют его двигаться», — говорит она.
«С помощью этой техники мы можем напечатать тонкую плёнку, которую можно разместить непосредственно на важных частях робота-оригами, не сильно уменьшая при этом его площадь поверхности».
Учёные разработали своего основного робота для доставки лекарств к язвам внутри тела человека, используя схему оригами под названием Miura-Ori. Эта техника позволяет большой плоской поверхности складываться в гораздо меньшую площадь. Магнитные «мышцы» прикреплены к граням оригами — под воздействием магнитного поля они помогают оригами раскрыться и добраться до места расположения язвы.
По словам Фан, конструкция Miura-Ori хорошо подходит для введения лекарств, потому что её можно проглотить в виде небольшого объекта, а затем раскрыть, чтобы доставить лекарство всей поверхностью.
Исследователи испытали робота на макете желудка, изготовленном из пластиковой сферы, наполненной тёплой водой. Направляя робота через желудок с помощью внешнего магнетизма, исследователи успешно маневрировали им к месту расположения язвы, развернули его в развёрнутом состоянии и закрепили на месте с помощью прикреплённых снаружи мягких магнитных плёнок. Такая установка обеспечивала контролируемое и постепенное высвобождение лекарства в течение времени, что позволяло проводить безопасную и неинвазивную процедуру, которая позволяет пациентам вести повседневную деятельность в обычном режиме.
Предыдущие попытки использовать ферромагнитные частицы не смогли создать достаточную силу для перемещения роботов, говорит Фан, потому что они не могли поместить достаточное количество частиц в резиновый раствор. Добавление большого количества частиц делает жидкий каучук чёрным, который поглощает УФ-излучение, используемое для затвердевания раствора, и не даёт ему затвердеть должным образом. Тепловая энергия также может помочь затвердеть каучуку, поэтому исследователи поместили под собирающую пластину нагревательную пластину, чтобы усилить их ультрафиолетовый свет.
«Добавление нагревательной пластины означало, что мы могли использовать гораздо более высокую концентрацию ферромагнитных частиц, чем обычно, что стало настоящим прорывом», — говорит Фан. «Чем больше частиц вы можете использовать, тем больше магнитной силы вы можете создать».
Используя другой узор оригами Miura-Ori, исследователи также создали второго робота, предназначенного для ползания вперёд. При помещении в магнитное поле мышцы, расположенные в определённых местах робота, заставляют его сокращаться, при этом передняя часть приподнимается, а задняя подтягивается ближе. Когда поле выключается, движение возвращения в исходное положение толкает робота вперёд — один «шаг». Этот ползущий робот-оригами способен преодолевать препятствия высотой до 7 миллиметров со скоростью, регулируемой силой и частотой магнитного поля, и адаптироваться к различным ландшафтам, включая песок.
В совокупности эти два робота демонстрируют значительный потенциал мягких магнитных исполнительных механизмов и структур оригами в робототехнике, говорит Фан.
«Существует множество разнообразных типов структур оригами, с которыми могут работать эти мышцы, и они могут помочь решить проблемы в любых областях: от биомедицины до освоения космоса», — говорит Фан. «Будет интересно продолжить изучение новых применений этой технологии».
Статья опубликована в журнале Advanced Functional Materials.
Источник: Университет штата Северная Каролина.
Пост «Роботы-оригами могут улучшить доставку лекарств» впервые появился на сайте Futurity.