Aimants spongieux et sans métal pour alimenter les robots et guider les implants médicaux (avec vidéo)

Aimants spongieux et sans métal pour alimenter les robots et guider les implants médicaux (avec vidéo)

Horodatage: 16 janvier 2024 1h39
Nœud source: 3064197
16 janvier 2024 (Actualités Nanowerk) Les « robots mous », les dispositifs et implants médicaux ainsi que les méthodes d'administration de médicaments de nouvelle génération pourraient bientôt être guidés par le magnétisme, grâce à un gel magnétique sans métal développé par des chercheurs de l'Université du Michigan et de l'Institut Max Planck pour les systèmes intelligents de Stuttgart, Allemagne. Ce matériau est le premier dans lequel des molécules magnétiques à base de carbone sont liées chimiquement au réseau moléculaire d'un gel, créant ainsi un aimant flexible et durable pour la robotique douce. L'étude décrivant le matériel a été publiée aujourd'hui dans la revue Matière («Réseaux radicaux macromoléculaires pour aimants souples organiques»). Créer des robots à partir de matériaux flexibles leur permet de se contorsionner de manière unique, manipuler des objets délicats et explorez des endroits que les autres robots ne peuvent pas. Des robots plus rigides seraient écrasés par le la pression des océans profonds ou pourrait endommager les tissus sensibles dans le corps humain, Par exemple. "Si vous rendez les robots mous, vous devez trouver de nouvelles façons de leur donner de la puissance et de les faire bouger afin qu'ils puissent travailler", a déclaré Abdon Pena-Francesch, professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux affilié à l'Institut de robotique de l'Université du Michigan et un auteur correspondant de l'étude. main gantée tenant une capsule de gel mou Pena-Francesch tient la capsule de gel mou après lui avoir attribué ses propriétés magnétiques. Une fois que les molécules de tempo dans le matériau sont activées, le matériau devient orange. (Image : Brenda Ahearn, Michigan Engineering) Les prototypes d’aujourd’hui se déplacent généralement à l’aide de câbles hydrauliques ou mécaniques, qui nécessitent que le robot soit attaché à une source d’alimentation ou à un contrôleur, ce qui limite également sa portée. Des aimants pourraient libérer ces robots, leur permettant d'être déplacés par des champs magnétiques. Les aimants métalliques conventionnels introduisent cependant leurs propres complications. Ils pourraient réduire la flexibilité des robots mous et être trop toxiques pour certaines applications médicales. Le nouveau gel pourrait constituer une alternative non toxique pour les opérations médicales, et des modifications supplémentaires de la structure chimique de l’aimant pourraient l’aider à se dégrader dans l’environnement et dans le corps humain. De tels aimants biodégradables pourraient être utilisés dans des capsules guidées vers des endroits ciblés du corps pour libérer des médicaments. "Si ces matériaux peuvent se dégrader en toute sécurité dans votre corps, vous n'aurez pas besoin de les récupérer ultérieurement par une autre intervention chirurgicale", a déclaré Pena-Francesch. "C'est encore assez exploratoire, mais ces matériaux pourraient un jour permettre des opérations médicales plus récentes et moins coûteuses."

[Contenu intégré]

Le gel de l’équipe est constitué uniquement de molécules à base de carbone. L’ingrédient clé est TEMPO, une molécule avec un électron « libre » qui n’est pas associé à un autre électron à l’intérieur d’une liaison atomique. Le spin de chaque électron TEMPO non apparié dans le gel s'aligne sous un champ magnétique, qui attire le gel vers d'autres matériaux magnétiques. Des « molécules de réticulation » supplémentaires dans le gel agissent comme un cadre qui relie les molécules TEMPO à une structure de réseau solide tout en formant une cage protectrice autour des électrons TEMPO. Cette cage empêche les électrons non appariés de former des liaisons, ce qui supprimerait les propriétés magnétiques du gel. "Des études antérieures ont trempé ces petites molécules magnétiques dans un gel, mais elles pourraient s'échapper du gel", a déclaré Zane Zhang, doctorant en science et ingénierie des matériaux et co-auteur de l'étude. "En intégrant les molécules magnétiques dans le réseau de gel réticulé, elles sont fixées à l'intérieur." Le verrouillage des molécules TEMPO à l'intérieur du matériau garantit que le gel ne laisse pas couler de molécules TEMPO potentiellement nocives dans le corps et permet au matériau de conserver ses propriétés magnétiques pendant plus d'un an. Bien que plus faibles que les aimants métalliques, les aimants TEMPO sont suffisamment puissants pour être tirés et pliés avec un autre aimant. Leur magnétisme plus faible présente également certains avantages : les aimants TEMPO peuvent être photographiés par une IRM, contrairement aux aimants plus puissants qui peuvent déformer les images IRM au point de les rendre inutiles. "Les dispositifs médicaux utilisant nos aimants pourraient être utilisés pour administrer des médicaments à des emplacements cibles et mesurer l'adhésion et la mécanique des tissus dans le tractus gastro-intestinal sous imagerie IRM", a déclaré Metin Sitti, ancien directeur du département d'intelligence physique à l'Institut Max Planck pour les systèmes intelligents et un auteur correspondant de l’étude.

Horodatage:

Plus de Nanowerk