Squishy, ​​metaalvrije magneten om robots aan te drijven en medische implantaten te geleiden (met video)

16 januari 2024 (Nanowerk Nieuws) ‘Zachte robots’, medische apparaten en implantaten, en de nieuwe generatie medicijntoedieningsmethoden zouden binnenkort kunnen worden geleid door magnetisme – dankzij een metaalvrije magnetische gel ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Michigan en het Max Planck Institute for Intelligent Systems in Stuttgart, Duitsland. Het materiaal is het eerste waarin op koolstof gebaseerde, magnetische moleculen chemisch gebonden zijn aan het moleculaire netwerk van een gel, waardoor een flexibele, langlevende magneet voor zachte robotica ontstaat. De studie die het materiaal beschrijft, werd vandaag in het tijdschrift gepubliceerd Materie (“Macromoleculaire radicale netwerken voor organische zachte magneten”). Door robots uit flexibele materialen te maken, kunnen ze dat doen op unieke manieren verwringen, gevoelige voorwerpen hanteren en verken plaatsen die andere robots niet kunnen. Meer rigide robots zouden verpletterd worden door de druk van de diepe oceaan of gevoelige weefsels kunnen beschadigen in het menselijk lichaam, Bijvoorbeeld. “Als je robots zacht maakt, moet je nieuwe manieren bedenken om ze kracht te geven en ze te laten bewegen, zodat ze werk kunnen doen”, zegt Abdon Pena-Francesch, assistent-professor materiaalkunde en techniek verbonden aan het Robotics Institute bij de Universiteit van Michigan en een corresponderende auteur van de studie. Pena-Francesch houdt de zachte gelcapsule vast nadat deze zijn magnetische eigenschappen heeft gekregen. Zodra de tempomoleculen in het materiaal worden geactiveerd, kleurt het materiaal oranje. (Afbeelding: Brenda Ahearn, Michigan Engineering) De hedendaagse prototypes bewegen zich doorgaans met hydraulische of mechanische draden, waardoor de robot moet worden vastgemaakt aan een stroombron of controller, waardoor ook wordt beperkt waar ze heen kunnen. Magneten zouden deze robots kunnen ontketenen, waardoor ze door magnetische velden kunnen worden verplaatst. Conventionele, metalen magneten introduceren echter hun eigen complicaties. Ze zouden de flexibiliteit van zachte robots kunnen verminderen en te giftig kunnen zijn voor sommige medische toepassingen. De nieuwe gel zou een niet-giftig alternatief kunnen zijn voor medische operaties, en verdere aanpassingen aan de chemische structuur van de magneet zouden ervoor kunnen zorgen dat deze in het milieu en het menselijk lichaam wordt afgebroken. Dergelijke biologisch afbreekbare magneten zouden kunnen worden gebruikt in capsules die naar specifieke locaties in het lichaam worden geleid om medicijnen vrij te geven. "Als deze materialen veilig in je lichaam kunnen worden afgebroken, hoef je ze later niet opnieuw te opereren", zegt Pena-Francesch. "Dit is nog steeds behoorlijk verkennend, maar deze materialen zouden op een dag nieuwere, goedkopere medische operaties mogelijk kunnen maken."

[Ingesloten inhoud]

De gel van het team bestaat uitsluitend uit op koolstof gebaseerde moleculen. Het belangrijkste ingrediënt is TEMPO, een molecuul met een ‘vrij’ elektron dat niet is gekoppeld aan een ander elektron binnen een atomaire binding. De spin van elk ongepaard TEMPO-elektron in de gel wordt uitgelijnd onder een magnetisch veld, dat de gel naar andere magnetische materialen trekt. Extra ‘verknopende moleculen’ in de gel fungeren als een frame dat de TEMPO-moleculen verbindt met een solide netwerkstructuur en tegelijkertijd een beschermende kooi rond de TEMPO-elektronen vormt. Die kooi voorkomt dat de ongepaarde elektronen bindingen vormen, waardoor de magnetische eigenschappen van de gel zouden verdwijnen. “Eerdere studies lieten deze kleine, magnetische moleculen in een gel weken, maar ze konden uit de gel lekken”, zegt Zane Zhang, een doctoraalstudent materiaalkunde en techniek en co-auteur van het onderzoek. “Door de magnetische moleculen in het verknoopte gelnetwerk te integreren, worden ze binnenin gefixeerd.” Door de TEMPO-moleculen in het materiaal te vergrendelen, wordt ervoor gezorgd dat de gel geen potentieel schadelijke TEMPO-moleculen in het lichaam lekt en kan het materiaal zijn magnetische eigenschappen langer dan een jaar behouden. Hoewel ze zwakker zijn dan metalen magneten, zijn de TEMPO-magneten sterk genoeg om met een andere magneet te worden getrokken en gebogen. Hun zwakkere magnetisme heeft ook enkele voordelen: TEMPO-magneten kunnen worden gefotografeerd met een MRI, in tegenstelling tot sterkere magneten die MRI-beelden kunnen vervormen tot het punt van nutteloosheid. “Medische apparaten die onze magneten gebruiken, kunnen worden gebruikt om medicijnen naar doellocaties te brengen en de weefseladhesie en mechanica in het maagdarmkanaal te meten onder MRI-beeldvorming”, zegt Metin Sitti, voormalig directeur van de afdeling Fysieke Intelligentie van het Max Planck Instituut voor Intelligente Systemen en een corresponderende auteur van het onderzoek.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://www.nanowerk.com/news2/robotics/newsid=64426.php