Magneți moale, fără metal, pentru a alimenta roboții și a ghida implanturile medicale (cu video)

Magneți moale, fără metal, pentru a alimenta roboții și a ghida implanturile medicale (cu video)

Marca temporală: 16 ianuarie 2024 1:39
Nodul sursă: 3064197
16 ianuarie 2024 (Știri Nanowerk) „Roboții moi”, dispozitivele și implanturile medicale și metodele de administrare a medicamentelor de ultimă generație ar putea fi în curând ghidate de magnetism – datorită unui gel magnetic fără metale dezvoltat de cercetătorii de la Universitatea din Michigan și de la Institutul Max Planck pentru Sisteme Inteligente din Stuttgart, Germania. Materialul este primul în care moleculele magnetice pe bază de carbon sunt legate chimic de rețeaua moleculară a unui gel, creând un magnet flexibil, cu viață lungă, pentru robotica moale. Studiul care descrie materialul a fost publicat astăzi în jurnal materie (“Macromolecular Radical Networks for Organic Soft Magnets”). Crearea roboților din materiale flexibile le permite se contorsionează în moduri unice, manevrează obiecte delicate și explorează locuri pe care alți roboți nu le pot. Roboți mai rigizi ar fi zdrobiți de presiunea oceanului adânc sau ar putea deteriora țesuturile sensibile în corpul uman, de exemplu. „Dacă faceți roboții moi, trebuie să găsiți noi modalități de a le oferi putere și de a-i face să se miște, astfel încât să poată lucra”, a spus Abdon Pena-Francesch, profesor asistent de știința materialelor și inginerie afiliat la Institutul de Robotică la Universitatea din Michigan și un autor corespondent al studiului. mână înmănușată ținând o capsulă de gel moale Pena-Francesch ține capsula de gel moale după ce i s-au oferit proprietățile magnetice. Odată ce moleculele de tempo din material sunt activate, materialul devine portocaliu. (Imagine: Brenda Ahearn, Michigan Engineering) Prototipurile de astăzi se deplasează în mod obișnuit cu fire hidraulice sau mecanice, care necesită ca robotul să fie legat de o sursă de alimentare sau controler, limitând, de asemenea, unde pot ajunge. Magneții ar putea elibera acești roboți, permițându-le să fie mișcați de câmpuri magnetice. Magneții metalici convenționali își introduc însă propriile complicații. Ele ar putea reduce flexibilitatea roboților moi și ar putea fi prea toxice pentru unele aplicații medicale. Noul gel ar putea fi o alternativă netoxică pentru operațiile medicale, iar modificările ulterioare ale structurii chimice a magnetului l-ar putea ajuta să se degradeze în mediu și în corpul uman. Astfel de magneți biodegradabili ar putea fi utilizați în capsule care sunt ghidate către locații vizate ale corpului pentru a elibera medicamente. „Dacă aceste materiale se pot degrada în siguranță în corpul dumneavoastră, nu trebuie să le recuperați cu o altă intervenție chirurgicală mai târziu”, a spus Pena-Francesch. „Acest lucru este încă destul de explorator, dar aceste materiale ar putea permite operațiuni medicale mai noi și mai ieftine într-o zi.”

[Conținutul încorporat]

Gelul echipei este format numai din molecule pe bază de carbon. Ingredientul cheie este TEMPO, o moleculă cu un electron „liber” care nu este asociat cu un alt electron în interiorul unei legături atomice. Spinul fiecărui electron TEMPO nepereche din gel se aliniază sub un câmp magnetic, care atrage gelul către alte materiale magnetice. „Moleculele de reticulare” suplimentare din gel acționează ca un cadru care conectează moleculele TEMPO la o structură de rețea solidă, formând în același timp o cușcă de protecție în jurul electronilor TEMPO. Această cușcă împiedică electronii neperechi să formeze legături, care ar elimina proprietățile magnetice ale gelului. „Studiile anterioare au înmuiat aceste molecule mici, magnetice într-un gel, dar s-ar putea scurge din gel”, a spus Zane Zhang, doctorand în știința și ingineria materialelor și coautor al studiului. „Prin integrarea moleculelor magnetice în rețeaua de gel reticulat, acestea sunt fixate în interior.” Blocarea moleculelor TEMPO în interiorul materialului asigură că gelul nu scurge molecule TEMPO potențial dăunătoare în organism și permite materialului să-și păstreze proprietățile magnetice pentru mai mult de un an. Deși mai slabi decât magneții metalici, magneții TEMPO sunt suficient de puternici pentru a fi trași și îndoiți cu un alt magnet. Magneismul lor mai slab are, de asemenea, unele avantaje: magneții TEMPO pot fi fotografiați de un RMN, spre deosebire de magneții mai puternici care pot distorsiona imaginile RMN până la inutilitate. „Dispozitivele medicale care folosesc magneții noștri ar putea fi folosite pentru a livra medicamente în locații țintă și pentru a măsura aderența țesuturilor și mecanica în tractul gastrointestinal sub imagistica RMN”, a declarat Metin Sitti, fost director al Departamentului de Inteligență Fizică la Institutul Max Planck pentru Sisteme Inteligente și un autorul corespondent al studiului.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Nanowerk