М’які безметалеві магніти для живлення роботів і керування медичними імплантатами (з відео)

М’які безметалеві магніти для живлення роботів і керування медичними імплантатами (з відео)

Мітка часу: 16 січня 2024 р. 1:39
Вихідний вузол: 3064197
16 січня 2024 р (Новини Nanowerk) «М’які роботи», медичні пристрої та імплантати, а також методи доставки ліків наступного покоління незабаром можна буде керувати магнетизмом — завдяки безметалевому магнітному гелю, розробленому дослідниками Мічиганського університету та Інституту інтелектуальних систем Макса Планка в Штутгарт, Німеччина. Цей матеріал є першим, у якому магнітні молекули на основі вуглецю хімічно зв’язані з молекулярною сіткою гелю, створюючи гнучкий довгоживучий магніт для м’якої робототехніки. Дослідження, що описує матеріал, було опубліковано сьогодні в журналі Матерія («Макромолекулярні радикальні мережі для органічних м’яких магнітів»). Створення роботів із гнучких матеріалів дозволяє їм викривляти унікальними способами, поводитися з делікатними предметами і досліджувати місця, які інші роботи не можуть. Більш жорсткі роботи були б роздавлені глибоководний тиск океану або може пошкодити чутливі тканини в організмі людини, наприклад. «Якщо ви робите роботів м’якими, вам потрібно придумати нові способи надати їм сили та змусити їх рухатися, щоб вони могли виконувати роботу», — сказав Абдон Пена-Франчеш, доцент кафедри матеріалознавства та інженерії Інституту робототехніки в Університет Мічигану та відповідний автор дослідження. рука в рукавичці тримає м’яку гелеву капсулу Pena-Francesch утримує м’яку гелеву капсулу після того, як їй надали магнітні властивості. Як тільки молекули темпу в матеріалі активуються, матеріал стає помаранчевим. (Зображення: Бренда Ахерн, Michigan Engineering) Сучасні прототипи зазвичай рухаються за допомогою гідравліки або механічних дротів, які вимагають, щоб робот був прив’язаний до джерела живлення або контролера, що також обмежує їх рух. Магніти можуть звільнити цих роботів, дозволяючи їм рухатися за допомогою магнітних полів. Однак звичайні металеві магніти мають свої особливості. Вони можуть зменшити гнучкість м'яких роботів і бути занадто токсичними для деяких медичних застосувань. Новий гель може бути нетоксичною альтернативою для медичних операцій, а подальші модифікації хімічної структури магніту можуть сприяти його розкладанню в навколишньому середовищі та людському організмі. Такі біорозкладані магніти можна використовувати в капсулах, які спрямовуються до цільових місць тіла для вивільнення ліків. «Якщо ці матеріали можуть безпечно розкладатися у вашому тілі, вам не доведеться відновлювати їх за допомогою іншої операції пізніше», — сказала Пена-Франчеш. «Це все ще є дослідницьким процесом, але колись ці матеріали дозволять проводити нові, дешевші медичні операції».

[Вбудоване вміст]

Гель команди складається виключно з молекул на основі вуглецю. Ключовим інгредієнтом є TEMPO, молекула з «вільним» електроном, який не сполучений з іншим електроном всередині атомного зв’язку. Спин кожного неспареного електрона TEMPO в гелі вирівнюється під дією магнітного поля, яке притягує гель до інших магнітних матеріалів. Додаткові «зшиваючі молекули» в гелі діють як каркас, який з’єднує молекули TEMPO з суцільною мережевою структурою, утворюючи захисну клітку навколо електронів TEMPO. Ця клітка не дає неспареним електронам утворювати зв’язки, що позбавляє гелю магнітних властивостей. «У попередніх дослідженнях ці малі магнітні молекули проникали в гель, але вони могли витікати з гелю», — сказав Зейн Чжан, докторант матеріалознавства та інженерії та співавтор дослідження. «Завдяки об’єднанню магнітних молекул у мережу зшитого гелю вони фіксуються всередині». Блокування молекул TEMPO всередині матеріалу гарантує, що гель не просочуватиме потенційно шкідливі молекули TEMPO в організм і дозволяє матеріалу зберігати свої магнітні властивості більше року. Незважаючи на те, що магніти TEMPO слабші за металеві магніти, вони достатньо міцні, щоб їх можна було тягнути та згинати іншим магнітом. Їх слабший магнетизм також має деякі переваги — магніти TEMPO можна сфотографувати за допомогою МРТ, на відміну від сильніших магнітів, які можуть спотворювати зображення МРТ до марності. «Медичні пристрої, які використовують наші магніти, можна використовувати для доставки ліків у цільові місця та вимірювання адгезії тканин і механіки в шлунково-кишковому тракті за допомогою МРТ», — сказав Метін Сітті, колишній директор відділу фізичного інтелекту Інституту інтелектуальних систем Макса Планка та автор дослідження.

Часова мітка:

Більше від Нановерк