Onderzoekers van de City University of Hong Kong (CityU) hebben een kleine, zachte robot met rupsachtige poten die zware lasten kan dragen en zich aanpast aan ongunstige omgevingen. Deze mini-bezorgrobot kan de weg vrijmaken voor medische technologische vooruitgang, zoals de toediening van medicijnen in het menselijk lichaam.

Rond de wereld, er is onderzoek gedaan naar zachte milli-robots. Maar het nieuwe ontwerp van de CityU vermindert de wrijving aanzienlijk, zodat de robot efficiënt kan bewegen binnen oppervlakken in het lichaam dat is bekleed met, of helemaal ondergedompeld in lichaamsvloeistoffen zoals bloed of slijm. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie , getiteld "Een bio-geïnspireerde Multilegged Soft Millirobot die functioneert in zowel droge als natte omstandigheden."

Bio-geïnspireerd robotontwerp

Deze milli-robot heeft honderden lange, puntige poten van minder dan 1 mm, lijken op kleine haartjes. Het onderzoeksteam bestudeerde de beenstructuren van honderden gronddieren, waaronder die met twee, vier, acht of meer benen, en bestudeerde in het bijzonder de verhouding tussen beenlengte en de opening tussen de benen. "De meeste dieren hebben een verhouding tussen pootlengte en pootafstand van 2:1 tot 1:1. Daarom hebben we besloten om onze robot te maken met de verhouding 1:1, " legt Dr. Shen Yajing uit, Universitair docent bij CityU's Department of Biomedical Engineering (BME), die het onderzoek leidde.

De lichaamsdikte van de robot is ongeveer 0,15 mm, waarbij elke conische poot 0,65 mm lang is en de opening tussen de poten ongeveer 0,6 mm, waardoor de beenlengte-spleetverhouding ongeveer 1:1 is. Bovendien, de puntige poten van de robot hebben hun contactoppervlak en daarmee de wrijving met het oppervlak sterk verminderd. Laboratoriumtests tonen aan dat de robot met meerdere poten 40 keer minder wrijving heeft dan een robot zonder ledematen in zowel natte als droge omgevingen.

Afgezien van het ontwerp met meerdere poten, de materialen zijn ook van belang. De robot is vervaardigd met een siliciummateriaal genaamd polydimethylsiloxaan (PDMS), ingebed met magnetische deeltjes waarmee het op afstand kan worden bestuurd via elektromagnetische kracht. "Zowel de materialen als het ontwerp met meerdere poten verbeteren de hydrofobe eigenschappen van de robot aanzienlijk. het rubberachtige stuk is zacht en kan gemakkelijk worden gesneden om robots van verschillende vormen en maten te vormen voor verschillende toepassingen, " zegt professor Wang Zuankai van CityU's Department of Mechanical Engineering (MNE), die dit onderzoeksidee bedacht en de samenwerking tussen de onderzoekers op gang bracht.

Op uw gemak bewegen in ruwe omgevingen

Gecontroleerd door een magnetische manipulator die in de experimenten werd gebruikt, de robot kan zowel in een flapvoortstuwingspatroon als in een omgekeerd slingerpatroon bewegen, wat betekent dat het zijn voorpoten kan gebruiken om naar voren te klappen en het lichaam te zwaaien door afwisselend op de linker- en rechtervoet te gaan staan ​​om respectievelijk vooruit te gaan.

"Het ruige oppervlak en de veranderende textuur van verschillende weefsels in het menselijk lichaam maken transport uitdagend. Onze meerbenige robot laat indrukwekkende prestaties zien op verschillende terreinen en opent daarom brede toepassingen voor medicijnafgifte in het lichaam, " zegt professor Wang.

Het onderzoeksteam bewees verder dat bij het navigeren door een obstakel dat 10 keer hoger is dan de beenlengte, de vervormbare zachte poten van de robot kunnen een uiteinde van zijn lichaam optillen om een ​​hoek van maximaal 90 graden te vormen om het obstakel gemakkelijk over te steken. En de robot kan zijn snelheid verhogen door de toegepaste elektromagnetische frequentie te verhogen.

De robot laat ook een opmerkelijk laadvermogen zien. Laboratoriumtests toonden aan dat de robot een last kon dragen die 100 keer zwaarder was dan hijzelf, kracht vergelijkbaar met die van een mier - dit is het equivalent van een mens die een minibus met 26 zitplaatsen optilt.

Het verbazingwekkend sterke draagvermogen, efficiënte voortbeweging en goede oversteekbaarheid van obstakels maken deze milli-robot uitermate geschikt voor toepassingen in een ruwe omgeving, bijvoorbeeld, het afleveren van een medicijn op een aangewezen plek via het spijsverteringsstelsel, of het uitvoeren van een medische keuring, " voegt Dr. Shen toe.

Alvorens verdere tests bij dieren en uiteindelijk bij mensen uit te voeren, de onderzoeksteams ontwikkelen en verfijnen hun onderzoek op drie vlakken:op zoek naar een biologisch afbreekbaar materiaal, nieuwe vormen bestuderen, en het toevoegen van extra functies.

"We hopen in de komende twee tot drie jaar een biologisch afbreekbare robot te maken, zodat deze op natuurlijke wijze zal ontbinden na zijn missie voor het toedienen van medicijnen, " zegt dr. Shen.