로봇에 전력을 공급하고 의료용 임플란트를 안내하는 질퍽한 금속이 없는 자석(비디오 포함)

16년 2024월 XNUMX일 (나노 워크 뉴스) "소프트 로봇", 의료 기기 및 임플란트, 차세대 약물 전달 방법이 곧 자성을 통해 유도될 수 있습니다. 미시간 대학의 연구원과 막스 플랑크 지능형 시스템 연구소가 개발한 금속이 없는 자기 젤 덕분입니다. 독일 슈투트가르트. 이 소재는 탄소 기반의 자성 분자가 젤의 분자 네트워크에 화학적으로 결합되어 소프트 로봇공학을 위한 유연하고 수명이 긴 자석을 만드는 최초의 소재입니다. 해당 자료를 설명하는 연구는 오늘 저널에 게재되었습니다. 문제 (“유기 연자석을 위한 거대분자 라디칼 네트워크”). 유연한 재료로 로봇을 만들면 독특한 방식으로 뒤틀다, 섬세한 물건을 다루다 다른 로봇이 갈 수 없는 곳을 탐험해보세요. 더 단단한 로봇은 심해의 압력 또는 민감한 조직을 손상시킬 수 있습니다 인체에, 예를 들어. 로보틱스연구소 재료공학과 부교수 압돈 페나-프란세쉬(Abdon Pena-Francesch)는 “로봇을 부드럽게 만들려면 로봇에 힘을 주고 움직이게 하여 일을 할 수 있도록 하는 새로운 방법을 고안해야 한다”고 말했다. 미시간 대학교(University of Michigan) 및 해당 연구의 교신저자. Pena-Francesch는 자기 특성을 부여한 후 연질 젤 캡슐을 보유합니다. 재료의 템포 분자가 활성화되면 재료가 주황색으로 변합니다. (이미지: Brenda Ahearn, Michigan Engineering) 오늘날의 프로토타입은 일반적으로 유압 장치나 기계 와이어를 사용하여 이동합니다. 이를 위해서는 로봇을 전원이나 컨트롤러에 연결해야 하며 이동 가능한 위치도 제한됩니다. 자석은 이러한 로봇을 작동시켜 자기장에 의해 움직일 수 있게 해줍니다. 그러나 기존의 금속 자석은 그 자체로 복잡한 문제를 야기합니다. 소프트 로봇의 유연성을 감소시키고 일부 의료 응용 분야에서는 너무 독성이 있을 수 있습니다. 새로운 젤은 의료 수술을 위한 무독성 대안이 될 수 있으며 자석의 화학 구조를 추가로 수정하면 환경과 인체에서 분해되는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 생분해성 자석은 신체의 표적 위치로 유도되어 약물을 방출하는 캡슐에 사용될 수 있습니다. Pena-Francesch는 “이러한 물질이 체내에서 안전하게 분해될 수 있다면 나중에 다른 수술을 통해 회수할 필요가 없습니다.”라고 말했습니다. "이것은 여전히 ​​​​매우 탐색적이지만 이러한 재료는 언젠가 더 새롭고 저렴한 의료 운영을 가능하게 할 수 있습니다."

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팀의 젤은 탄소 기반 분자로만 구성됩니다. 핵심 성분은 원자 결합 내에서 다른 전자와 쌍을 이루지 않는 "자유" 전자를 가진 분자인 TEMPO입니다. 젤에 있는 모든 짝을 이루지 않은 TEMPO 전자의 스핀은 자기장 아래에 정렬되어 젤을 다른 자성 물질로 끌어당깁니다. 겔의 추가 "가교 결합 분자"는 TEMPO 전자 주위에 보호 케이지를 형성하면서 TEMPO 분자를 견고한 네트워크 구조에 연결하는 프레임처럼 작용합니다. 그 케이지는 짝을 이루지 않은 전자가 결합을 형성하는 것을 방지하여 젤의 자기 특성을 제거합니다. 이번 연구의 공동저자이자 재료 과학 및 공학 박사과정 학생인 Zane Zhang은 "이전 연구에서는 이러한 작은 자성 분자를 젤에 담갔지만 젤 밖으로 누출될 수 있었습니다."라고 말했습니다. “자성 분자를 가교된 젤 네트워크에 통합함으로써 내부에 고정됩니다.” 재료 내부의 TEMPO 분자를 잠그면 젤이 잠재적으로 유해한 TEMPO 분자가 신체로 누출되지 않고 재료가 1년 이상 자기 특성을 유지할 수 있습니다. TEMPO 자석은 금속 자석보다 약하지만 다른 자석으로 잡아당기고 구부릴 수 있을 만큼 강력합니다. 약한 자력에는 몇 가지 장점도 있습니다. TEMPO 자석은 MRI 이미지를 쓸모 없을 정도로 왜곡할 수 있는 강한 자석과 달리 MRI로 사진을 찍을 수 있습니다. "우리의 자석을 사용하는 의료 장치는 목표 위치에 약물을 전달하고 MRI 영상을 통해 위장관의 조직 접착 및 역학을 측정하는 데 사용될 수 있습니다."라고 Max Planck 지능형 시스템 연구소의 전 물리 지능 부서 책임자인 Metin Sitti는 말했습니다. 연구의 교신저자.

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• 출처: https://www.nanowerk.com/news2/robotics/newsid=64426.php