Magnetspray verwandelt leblose Objekte in winzige Roboter.

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Milliroboter, die sich an unstrukturierte Umgebungen anpassen, in engen Räumen operieren und mit einer Vielzahl von Objekten interagieren können, wären für die Erforschung und biomedizinische Anwendungen wünschenswert. Die Entwicklung von Millirobotern ist jedoch aufgrund ihrer komplizierten Herstellungstechniken auf Schwierigkeiten gestoßen.

Kürzlich haben Forscher der Shenzhen Institutes of Advanced Technology (SIAT) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zusammen mit der City University of Hong Kong (CityU) ein agglutinierendes, reprogrammierbares, desintegrierbares und biokompatibles Magnetspray (M-Spray) entwickelt, das leblose Objekte leicht in Milliroboter verwandeln kann.

Die Forschungsergebnisse wurden in Science Robotics in einem Artikel mit dem Titel “Ein agglutinierendes Magnetspray verwandelt leblose Objekte in Milliroboter für biomedizinische Anwendungen” veröffentlicht.

Das Magnetspray (M-Spray) setzt sich hauptsächlich aus Polyvinylalkohol (PVA), Gluten und magnetischen Partikeln zusammen. Die aus dem M-Spray gebildete M-Haut kann durch Anpassung der Richtung der leichten Magnetisierung ohne Änderung der Hauptstruktur umprogrammiert werden.

Wenn das abgedeckte Spray gründlich benetzt wird, vergrößert sich der Abstand zwischen den magnetischen Partikeln aufgrund der PVA-Quellung, und die Beschränkungen für magnetische Partikel aus dem PVA und Gluten werden stark verringert. Infolgedessen können die Magnetpartikel im Inneren des Sprays entlang der Richtung des magnetischen Flusses neu ausgerichtet werden und können die Einschränkungen überwinden, wenn ein starkes Magnetfeld angelegt wird.

“Die Fähigkeit zur bedarfsgerechten Umprogrammierung verleiht den Millirobotern eine hohe Anpassungsfähigkeit, um eine vielfältige Fortbewegung zu erreichen. Das Team demonstrierte die Neuprogrammierung eines dreiteiligen Reptilien-Milliroboters, der sich vor der Neuprogrammierung mit einer 3D-Raupenbewegung und nach der Neuprogrammierung mit einer 2D-Ziehharmonika bewegen konnte”, sagte Co-Erstautor Dr. SHANG Wanfeng, außerordentlicher Professor am SIAT.

Darüber hinaus kann der M-Spray aufgelöst werden, indem die kinetische Energie der magnetischen Partikel erhöht wird, um innere Einschränkungen zu überwinden. Dies geschieht durch Anlegen eines oszillierenden Magnetfeldes in einer wässrigen Umgebung. Dieser magnetisch induzierte Zerfall stellt sicher, dass der konstruierte Milliroboter auf Kommando zerfallen kann.

Die Forschung bewies auch potentielle Anwendungen im biomedizinischen Bereich, darunter die Navigationsfähigkeit eines M-spray-umhüllten Katheters im engen Gefässmodell, die Neuprogrammierung eines Mehrpunkt-Probenahme-Baumwollfadens für verschiedene Steuerungssätze und eine magnetische, sprühumhüllte Kapsel für die aktive Verabreichung.

In einem Kaninchenmagen-Experiment konnte gezeigt werden, dass ein konstruierter Kapselmilliroboter sowohl die Retention als auch die Konzentration eines Medikaments in spezifischen Läsionen wirksam verbessern kann.

“Diese Forschung bietet eine allgemeine On-Demand-Roboter-Konstruktionsmethode, indem die Struktur und Morphologie der Zielobjekte selbst genutzt wird. Mit biokompatiblen Komponenten sind die Nebenwirkungen seines Zerfalls vernachlässigbar, was ihn zu einem guten Kandidaten für biomedizinische Anwendungen macht”, sagte Dr. WU vom SIAT.

Lesen Sie mehr über diese Entwicklung in der Rubrik “Neues Magnetspray verwandelt Objekte in Roboter im Insektenmaßstab für biomedizinische Anwendungen”.

Referenz: “Ein agglutiniertes Magnetspray verwandelt unbelebte Objekte in Milliroboter für biomedizinische Anwendungen” von Xiong Yang, Wanfeng Shang, Haojian Lu, Yanting Liu, Liu Yang, Rong Tan, Xinyu Wu und Yajing Shen, 18. November 2020, Science Robotics.
DOI: 10.1126/scirobotics.abc8191.

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