Kiiltävät, metallittomat magneetit robottien tehoon ja lääketieteellisten implanttien ohjaamiseen (videolla)

16. tammikuuta 2024 (Nanowerk-uutiset) "Pehmeitä robotteja", lääketieteellisiä laitteita ja implantteja sekä seuraavan sukupolven lääkkeiden annostelumenetelmiä voidaan pian ohjata magnetismin avulla – kiitos metallittoman magneettigeelin, jonka Michiganin yliopistossa ja Max Planck Institute for Intelligent Systems -instituutissa ovat kehittäneet Stuttgart, Saksa. Materiaali on ensimmäinen, jossa hiilipohjaisia, magneettisia molekyylejä sidotaan kemiallisesti geelin molekyyliverkkoon, jolloin syntyy joustava, pitkäikäinen magneetti pehmeälle robotiikalle. Aineistoa kuvaava tutkimus julkaistiin tänään lehdessä asia ("Makromolekyyliradikaaliverkostot orgaanisille pehmeille magneeteille"). Robottien luominen joustavista materiaaleista mahdollistaa sen vääntyä ainutlaatuisilla tavoilla, käsitellä herkkiä esineitä ja tutkia paikkoja, joihin muut robotit eivät pysty. Jäykemmät robotit murskattaisiin syvän valtameren paine tai se voi vahingoittaa herkkiä kudoksia ihmiskehossa, esimerkiksi. "Jos teet roboteista pehmeitä, sinun on keksittävä uusia tapoja antaa niille voimaa ja saada ne liikkumaan, jotta ne voivat tehdä työtä", sanoi Abdon Pena-Francesch, materiaalitieteen ja tekniikan apulaisprofessori Robotics Institutessa. Michiganin yliopisto ja vastaava tutkimuksen kirjoittaja. Pena-Francesch pitää pehmeää geelikapselia sen jälkeen, kun sille on annettu sen magneettiset ominaisuudet. Kun materiaalin tempomolekyylit aktivoituvat, materiaali muuttuu oranssiksi. (Kuva: Brenda Ahearn, Michigan Engineering) Nykypäivän prototyypit liikkuvat tyypillisesti hydrauliikan tai mekaanisten johtojen avulla, mikä edellyttää robotin kytkemistä virtalähteeseen tai ohjaimeen, mikä rajoittaa myös minne ne voivat mennä. Magneetit voisivat vapauttaa nämä robotit, jolloin magneettikentät voivat liikuttaa niitä. Perinteiset metallimagneetit tuovat kuitenkin omat vaikeutensa. Ne voivat vähentää pehmeiden robottien joustavuutta ja olla liian myrkyllisiä joihinkin lääketieteellisiin sovelluksiin. Uusi geeli voisi olla myrkytön vaihtoehto lääketieteellisiin toimenpiteisiin, ja magneetin kemiallisen rakenteen muut muutokset voivat auttaa sitä hajoamaan ympäristössä ja ihmiskehossa. Tällaisia ​​biohajoavia magneetteja voitaisiin käyttää kapseleissa, jotka ohjataan kehon kohdennettuihin paikkoihin lääkkeen vapauttamiseksi. "Jos nämä materiaalit voivat turvallisesti hajota kehossasi, sinun ei tarvitse hakea niitä toisella leikkauksella myöhemmin", Pena-Francesch sanoi. "Tämä on vielä melko tutkittavaa, mutta nämä materiaalit voivat mahdollistaa uudemmat, halvemmat lääketieteelliset leikkaukset jonain päivänä."

[Upotetun sisällön]

Ryhmän geeli koostuu yksinomaan hiilipohjaisista molekyyleistä. Keskeinen ainesosa on TEMPO, molekyyli, jossa on "vapaa" elektroni, joka ei ole pariutunut toisen elektronin kanssa atomisidoksen sisällä. Jokaisen geelissä olevan parittoman TEMPO-elektronin spin asettuu magneettikentän alle, mikä vetää geeliä puoleensa muihin magneettisiin materiaaleihin. Geelissä olevat "ristisilloittavat molekyylit" toimivat kuin kehys, joka yhdistää TEMPO-molekyylit kiinteään verkkorakenteeseen ja muodostaa samalla suojahäkin TEMPO-elektronien ympärille. Tämä häkki estää parittomia elektroneja muodostamasta sidoksia, mikä poistaisi geelin magneettiset ominaisuudet. "Aiemmat tutkimukset liottivat nämä pienet magneettiset molekyylit geeliksi, mutta ne saattoivat vuotaa ulos geelistä", sanoi Zane Zhang, materiaalitieteen ja tekniikan tohtoriopiskelija ja tutkimuksen toinen kirjoittaja. "Integroimalla magneettiset molekyylit silloitettuun geeliverkostoon ne kiinnittyvät sisälle." TEMPO-molekyylien lukitseminen materiaalin sisään varmistaa, että geeli ei vuoda mahdollisesti haitallisia TEMPO-molekyylejä kehoon ja antaa materiaalin säilyttää magneettiset ominaisuutensa yli vuoden. Vaikka TEMPO-magneetit ovat heikompia kuin metallimagneetit, ne ovat riittävän vahvoja vedettäväksi ja taivutettavaksi toisella magneetilla. Niiden heikoimmalla magnetismilla on myös joitain hyviä puolia – TEMPO-magneetit voidaan kuvata magneettikuvauksella, toisin kuin vahvemmat magneetit, jotka voivat vääristää MRI-kuvia hyödyttömyyteen asti. "Magnetteitamme käyttäviä lääketieteellisiä laitteita voitaisiin käyttää lääkkeiden toimittamiseen kohdekohteisiin ja kudoskiinnityksen ja ruoansulatuskanavan mekaniikan mittaamiseen MRI-kuvauksessa", sanoi Metin Sitti, Max Planck Institute for Intelligent Systems -instituutin fyysisen älykkyyden osaston entinen johtaja. tutkimuksen vastaava kirjoittaja.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://www.nanowerk.com/news2/robotics/newsid=64426.php