تیمی پژوهشی به رهبری دانشمندی از دانشگاه شهر هنگ‌کنگ (CityU) روشی ساده را برای ساخت مینی‌روبات‌ها با پوشاندن اشیاء توسط اسپری‌ای مغناطیسی شبیه چسب توسعه داده‌اند. اشیاء پوشیده‌شده با این اسپری، با هدایت میدان مغناطیسی قادرند روی سطوح مختلف بخزند، راه بروند یا بغلتند. از آنجا که این پوشش مغناطیسی با بدن انسان سازگار است و در صورت نیاز می‌تواند به پودر تجزیه شود، این فناوری چشم‌اندازهای امیدوارکننده‌ای برای کاربردهای زیست‌پزشکی مانند “هدایت کاتتر (Catheter Navigation)” و رساندن دارو (Drug Delivery) دارد.
فرآیند هدایت یک کاتتر، یک لوله نازک، از طریق عروق بدن یا مسیرهای دیگر به یک منطقه هدف خاص، اغلب با استفاده از تکنیک‌های تصویربرداری مانند فلوروسکوپی اشعه ایکس یا سایر روش‌های تجسم، برای انجام روش‌های تشخیصی یا درمانی صورت می‌گیرد.
تیم تحقیقاتی تحت رهبری دکتر شن یاجینگ، استادیار دپارتمان مهندسی پزشکی (BME) در دانشگاه CityU با همکاری موسسات فناوری پیشرفته شنزن (SIAT)، آکادمی علوم چین (CAS) است. نتایج تحقیقاتی در مجله علمی Science Robotics با عنوان «یک اسپری مغناطیسی چسبنده، اجسام بی‌جان را به مینی‌ربات‌هایی برای کاربردهای زیست‌پزشکی تبدیل می‌کند» منتشر شده است.
- تبدیل اشیاء به مینی‌روبات با «پوشش مغناطیسی»
دانشمندان در حال توسعه مینی‌روبات‌ها یا روبات‌های در مقیاس حشرات هستند که بتوانند خود را با محیط‌های مختلف برای اهداف اکتشافی یا زیست‌پزشکی وفق دهند. تیم پژوهشی دکتر شن روشی ساده برای ساخت مینی‌روبات‌ها ارائه کرده که شامل پوشاندن اشیاء با اسپری مغناطیسی چسب‌مانندی به نام M-spray است.
دکتر شن توضیح داد: «ایده ما این است که با اعمال این پوشش مغناطیسی می‌توانیم هر شیئی را به یک روبات تبدیل کرده و حرکت آن را کنترل کنیم. اسپری M که طراحی کرده‌ایم، می‌تواند به شیء مورد نظر بچسبد و در حضور میدان مغناطیسی، آن را فعال کند.»
با شامل شدن الکل پلی وینیل (PVA)، گلوتن و ذرات آهن، M-spray می‌تواند به سرعت، به طور پایدار و محکم بر روی سطوح زبر و صاف اشیاء یک بعدی (1D)، دو بعدی (2D) یا سه بعدی (3D) چسبنده شود. فیلمی که بر روی سطح تشکیل می‌دهد، تنها حدود 0.1 تا 0.25 میلی‌متر ضخامت دارد که به اندازه‌ای نازک است که اندازه، فرم و ساختار اصلی اشیاء را حفظ می‌کند. پس از پوشش دادن شی با M-spray، محققان آن را با یک یا چندین جهت مغناطیسی، مغناطیسي کردند که می‌تواند نحوه حرکت شی را توسط میدان مغناطیسی کنترل کند. سپس آنها حرارتی را بر روی شی اعمال کردند تا پوشش جامد شود. به این ترتیب، زمانی که توسط میدان مغناطیسی هدایت می‌شوند، اشیاء می‌توانند به ربات‌های میلی‌متری با حالت‌های حرکتی مختلف مانند خزیدن، چرخش، راه رفتن و غلتیدن بر روی سطوح مختلف از جمله شیشه، پوست، چوب و خاک تبدیل شوند.
- برنامه ریزی مجدد برای تغییر حالت حرکت
چیزی که این رویکرد را خاص می‌کند این است که تیم می‌تواند حالت حرکت مینی‌ربات را در صورت تقاضا دوباره برنامه‌ریزی کند. آقای یانگ شیونگ، نویسنده اول این مقاله، توضیح داد که به طور معمول، ساختار اولیه ربات معمولاً پس از ساخته شدن ثابت می شود و از این رو تطبیق پذیری آن در حرکت محدود می شود. با این حال، با مرطوب کردن کامل پوشش اسپری M جامد شده برای چسبندگی آن مانند چسب و سپس با اعمال میدان مغناطیسی قوی، توزیع و جهت همسویی ذرات مغناطیسی (محور مغناطیسی آسان) پوشش M-spray را می توان تغییر داد.
آزمایش‌های آنها نشان داد که همان مینی‌ربات می‌تواند بین حالت‌های حرکتی مختلف جابه‌جا شود، مانند حرکت سریع‌تر کاترپیلار سه‌بعدی در یک محیط بزرگ تا حرکت کندتر کنسرتینای دو بعدی برای عبور از یک شکاف باریک.
- توانایی هدایت و خاصیت قابل تجزیه بودن
این ویژگی فعال سازی قابل برنامه ریزی مجدد برای هدایت به سمت اهداف نیز مفید است. برای کشف پتانسیل در کاربردهای زیست پزشکی، تیم آزمایشاتی را با یک کاتتر انجام داد که به طور گسترده برای قرار دادن در بدن برای درمان بیماری یا انجام روش های جراحی استفاده می شود. آنها نشان دادند که کاتتر پوشش داده شده با اسپری M می تواند چرخش های تیز یا صاف را انجام دهد و تأثیر جریان خون یا مایع بر توانایی حرکت و پایداری کاتتر پوشش داده شده با اسپری M محدود بود.
با برنامه‌ریزی مجدد پوشش M-spray بخش‌های مختلف نخ پنبه‌ای بر اساس وظیفه تحویل و محیط، آنها همچنین نشان دادند که می‌تواند به فرمان سریع دست یابد و به آرامی از یک ساختار نامنظم و باریک عبور کند. دکتر شن اشاره کرد که از نظر کاربرد بالینی، این می تواند از فرو رفتن غیرمنتظره در دیواره گلو در حین قرار دادن جلوگیری کند. او گفت: «برنامه‌ریزی مجدد مبتنی بر وظیفه پتانسیل امیدوارکننده‌ای را برای دستکاری کاتتر در مری، عروق و مجرای ادرار پیچیده ارائه می‌دهد که در آن هدایت همیشه مورد نیاز است.
یکی دیگر از ویژگی های مهم این فناوری این است که پوشش M-spray می تواند در صورت نیاز با دستکاری میدان مغناطیسی به پودر تبدیل شود. دکتر شن با تاکید بر اینکه عوارض جانبی تجزیه اسپری M ناچیز است، گفت: “تمام مواد خام اسپری M، یعنی PVA، گلوتن و ذرات آهن، زیست سازگار هستند. پوشش متلاشی شده می تواند توسط بدن انسان جذب یا دفع شود.” دکتر شن همچنین افزود: “نتایج آزمایش ما نشان داد که می‌توان مینی‌ربات‌های مختلفی را با اسپری M برای سازگاری با محیط، شرایط سطحی و موانع مختلف ساخت. امیدواریم این استراتژی ساخت‌وساز بتواند به توسعه و کاربرد مینی‌ربات‌ها در زمینه‌های مختلف، مانند حمل‌ونقل فعال، حسگر متحرک و دستگاه‌ها، به ویژه برای وظایف در فضای محدود کمک کند.”
ویدیویی از نحوه عملکرد این مینی روبات:
References:
