Spielzeug transformers und real-life-Wale inspirieren biohybrid-Roboter: Herz-Gewebe und 3D-Druck kombinieren, um erstellen eine mikroskopische motor

Spielzeug transformers und real-life-Wale inspirieren biohybrid-Roboter: Herz-Gewebe und 3D-Druck kombinieren, um erstellen eine mikroskopische motor

Zeichnen inspiration aus der Biologie und dem Spielzeug-Regal, Forscher an der Thayer School of Engineering am Dartmouth College und City University of Hong Kong entwickelt haben, die einen schwimmenden Roboter mit Licht-gesteuerter Motor ausführen kann hoch-targeted drug delivery.

Die Forscher kombinierten kardialen tissue engineering, einem 3D-gedruckten Flügel-Struktur und ein Licht-empfindliches gel zu produzieren, die soft-Roboter mit start-stop-Funktion. Die schaltbaren Gerät verwandelt Ihre Form, wenn Sie ausgesetzt Haut eindringen nah-Infrarot-Licht, wodurch es zu Antriebs-und Brems-Flüssigkeit durch Umgebungen wie die menschliche Blutbahn.

Die transformable Gerät verbessert die Nützlichkeit von Robotern entworfen, um arbeiten im Innern des menschlichen Körpers und andere unkonventionelle Arbeitswelten.

Das Forscherteam an der City University of Hong Kong produziert die original-Roboter-design durchgeführt und die experimentellen tests. Das Dartmouth-team führten die mechanische und numerische Analyse auf dem Gerät, und schlug vor, änderungen an design-Elementen wie Größe und Form.

„Mit dieser Technologie schaffen wir weichen transformierbare Roboter mit beispielloser Wendigkeit“, sagte Zi Chen, assistant professor of engineering bei Thayer. „Unsere inspiration kam von transformierbares Spielzeug, das unterschiedliche Konfigurationen und Funktionen. Das Ergebnis ist kein Spielzeug, es kann buchstäblich das Leben der Menschen verändern.“

Lebende Organismen in der Lage sind, sich verändernden Formen, bestimmte Aktionen auszuführen. Ein Igel locken in eine Kugel für Verteidigung. Vögel, die Ihre Flügel ausbreiten, um zu Fliegen. Fleischfressende Pflanzen wie die Venus Fliegenfalle öffnen und schließen. Die neue Studie ist Teil einer langfristigen Anstrengung, um die Roboter entwickeln, die mimik dieser die Form wandelnden Verhalten in der Natur gefunden.

Um wirksam zu sein, die neue generation von Robotern brauchen, um Energie effizient sein und Sie müssen in der Lage sein, zu reagieren, um verschiedene Arten von Reiz, wie Licht oder Wärme.

Während Beispiele für diese Arten von Robotern gibt es bereits, Forscher haben gekämpft, um ein Gerät zu erschaffen, die fließend wandelt seine Form, um es zu starten und aufhören, sich zu bewegen auf Nachfrage. Die meisten vorhandenen Systeme hängt auch von Temperatur-Schwankungen, die schwer zu stimulieren im menschlichen Körper wegen seiner nahezu Konstanten Temperatur.

„Die Fähigkeit zur Steuerung der Roboter die Bewegung mit Hilfe von Licht schafft eine viel mehr funktionsfähige Gerät, das betrieben werden kann, mit hoher Präzision“, sagte Xiaomin Han, eine aktuelle PhD-Absolvent von der Chen-Forschung-Labor bei Thayer.

Die ferngesteuerten Roboter wird angetrieben von einer Schwanzflosse, die imitiert die Schwimm-Aktion der Wale. Die Struktur wurde 3D-gedruckt, in Form von einem Flugzeugflügel und dann beschichtet, mit Herz-Muskel-Zellen. In der gleichen Weise, dass kardiomyozyten verursachen, das Herz schlägt kontinuierlich, auch Sie treiben diesen biohybrid-Gerät über eine ständige wellenförmige Aktion.

Zur Steuerung der Bewegung des Roboters, die Forscher angewendet lichtempfindlichen Hydrogele auf den Flügeln. In der Abwesenheit von Licht, die Flügel bereitstellen, so dass die Zellen des Herzens zu treiben es vorwärts. Wenn Sie dem Licht ausgesetzt, das schwimmende Flugzeug zieht die Flügel, so dass es zu stoppen.

„Das Herz Muskeln halten am Laufenden Band, aber Sie sind nicht in der Lage zu überwinden, die die Bremskraft von den Flügeln,“ sagte Chen. „Es ist wie schieben Sie das Gaspedal mit der Notbremse auf.“

Der Roboter hohe Empfindlichkeit, nah-Infrarot-Licht erzeugt eine response-rate, ermöglicht eine fast sofortige Umwandlung von Flügel-Form, wodurch es sehr wendig. In der Studie, verwendeten die Forscher die „nie dagewesene Regelbarkeit und Reaktionsfähigkeit“ des floating-Flugzeug Roboter als Träger gezieltes drug-delivery-gegen-Krebs-Zellen.

„Wir haben buchstäblich fallen gelassen Medikament Bomben auf Krebszellen,“ sagte Chen. „Die Realisierung der wandlungsfähigen Konzept ebnet den Weg für die mögliche Entwicklung der nächsten generation intelligenter biohybrid-Roboter-Systeme.“

Die biohybrid-Roboter produziert werden können, die in einer Vielzahl von Größen von einigen Millimetern, um Dutzende Zentimeter. Diese Skalierbarkeit gibt es eine gute Flexibilität, um Aufgaben im Zusammenhang mit navigation und überwachung in schwierigen Umgebungen.

Eine Studie über die Forschung zuerst erschienen in der Fachzeitschrift Kleinen Ende März.

In der aktuellen Studie, Forscher Steuern, start-stop-Bewegung des gesamten Roboters durch die Verwendung von Licht. Zukünftige Forschung wird Licht zum Ziel-separate Flügel auf den Roboter so, dass er gesteuert werden können, mit noch mehr Präzision.

Diese Forschung wurde durch Peng Shi und Bingzhe Xu von der City University of Hong Kong. Yuwei Hu und Chia-Hung Chen von der National University of Singapore und Yiming Luo von der Hubei University of Technology trugen ebenfalls zu der Studie.