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专家称,蛆虫式软体机器人是体内送药的最佳选择

2017-07-27 14:02
来源: 镁客网

     大家对于软体机器人已不陌生,它们大多是采用纸质和硅橡胶制成,能够弯曲、扭转和抓起自身重量100多倍的物体。不过,目前它们也只是被用于救援现场,在医药领域尚无应用。

    对此,科罗拉多大学博尔德分校实验室的机械工程师Franck Vernerey研制出了专门用于医药治疗的软体机器人,并且他还表示在医药领域应用的机器人,只能以软体蠕动的形式构造。    

专家称,蛆虫式软体机器人是体内送药的最佳选择

    据悉,在医药领域,虽然药物治疗的方式是一种很古老的治疗疾病的方式,但并非最佳方式。因为无论是服用还是摄入药物,该治疗方式的针对性都不强,且对身体的其他部位存在着副作用。

    为此,科学家希望将药物直接送至伤口或病源处,但人体的结构并非像路面一样平坦,不仅曲折而且脆弱,所以即便是采用微型机器人,也需要考虑电池的供电性能和移动方式等因素。对此,Vernerey提出,形似“蛆虫”的机器人可以解决这类问题。

    首先我们来了解一下蛆虫的运动,其实主要就是身体的延伸和收缩。

    对此,Vernerey解释道:“蛆虫的运动,前后的滑动比向两侧的移动要容易得多,它们身上有微小的尖峰,当蛆伸展身体时,尖峰的表面会沾上腐烂的食物;当它们收缩身体时,尖峰的尖端和路面的表面咬合在一起,形成摩擦,身体就会向前移动。”

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    于是,Vernerey就希望用水凝胶再现蛆虫的蠕动动作。该机器人是由一种根据温度吸收或吐出水分的合成材料制成,它看起来像是橡胶海绵。

    据了解,该材料的膨胀或收缩取决于温度的高低。此处,Vernerey进一步解释道:“这项研究中使用的水凝胶在温度为32摄氏度时显示出剧烈且可逆的相变,在32摄氏度以下,水凝胶会亲水;而高于该温度,水凝胶就不吸水了。”

    但是想要在水凝胶上安装类似蛆虫身上的尖峰是很难的一件事,取而代之,Vernerey在机器人内部印制了鳞片状的3D管。

    理论上,我们可以通过温度来诱导这种药用机器人穿过人体的肠道,为设定好的地方提供药物,但是事实远没有想象的那么简单。

    确定好了结构与材料后,Vernerey需要选择机器人的尺寸来测试在哪种机械应力下水凝胶的弯曲收缩能力最优。此外,关于机器人的形状大小,他也需要慎重选择。

    根据实验结果,研究团队找出了最优的角度,以及机器人的最佳尺寸(比拇指还要小很多)。

    不过有一个问题尚未解决,虽然机器人身上有鳞片,但是我们人体肠道内部是没有鳞片的,这也就意味着没有抓地力。但Vernerey表示,将会采用磁性纳米材料,将其嵌入水凝胶中,以达到最终的爬行要求。


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