柔软的无金属磁铁可为机器人提供动力并引导医疗植入物（带视频）

16 年 2024 月 XNUMX 日 （Nanowerk新闻）“软机器人”、医疗设备和植入物以及下一代药物输送方法很快就能用磁性来引导——这要归功于密歇根大学和马克斯·普朗克智能系统研究所的研究人员开发的无金属磁性凝胶。德国斯图加特。该材料是第一种将碳基磁性分子以化学方式结合到凝胶分子网络上的材料，为软机器人创造了一种灵活、寿命长的磁铁。描述该材料的研究今天发表在杂志上 问题 (“有机软磁体的高分子自由基网络”）。用柔性材料制造机器人使他们能够 以独特的方式扭曲, 处理精致的物体 并探索其他机器人无法探索的地方。更坚硬的机器人会被压碎 深海压力 或可能损伤敏感组织 在人体中， 例如。 “如果你让机器人变软，你需要想出新的方法来赋予它们动力并让它们移动，以便它们能够工作，”机器人研究所附属材料科学与工程助理教授 Abdon Pena-Francesch 说。密歇根大学和该研究的通讯作者。 Pena-Francesch 在软胶囊被赋予磁性后将其固定。一旦材料中的节奏分子被激活，材料就会变成橙色。 （图片：密歇根工程公司的 Brenda Ahearn）当今的原型通常通过液压或机械线移动，这需要将机器人拴在电源或控制器上，这也限制了它们的移动范围。磁铁可以释放这些机器人，使它们能够通过磁场移动。然而，传统的金属磁体也带来了其自身的复杂性。它们可能会降低软机器人的灵活性，并且对于某些医疗应用来说毒性太大。这种新型凝胶可能是医疗手术的无毒替代品，对磁铁化学结构的进一步修改可以帮助其在环境和人体中降解。这种可生物降解的磁体可用于胶囊中，引导至身体的目标位置以释放药物。 “如果这些材料可以在你的体内安全降解，你就不必在以后通过另一次手术来取回它们，”佩纳-弗朗西奇说。 “这仍然是相当具有探索性的，但这些材料有一天可以实现更新、更便宜的医疗手术。”

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该团队的凝胶仅由碳基分子组成。关键成分是 TEMPO，这是一种具有“自由”电子的分子，该电子不与原子键内的另一个电子配对。凝胶中每个不成对的 TEMPO 电子的自旋在磁场下对齐，从而将凝胶吸引到其他磁性材料上。凝胶中额外的“交联分子”就像一个框架，将 TEMPO 分子连接到固体网络结构，同时在 TEMPO 电子周围形成一个保护笼。该笼子可以防止不成对的电子形成键，从而消除凝胶的磁性。 “早期的研究将这些小的磁性分子浸入凝胶中，但它们可能会从凝胶中泄漏出来，”材料科学与工程博士生、该研究的合著者张赞说。 “通过将磁性分子整合到交联凝胶网络中，它们被固定在内部。”将 TEMPO 分子锁定在材料内部可确保凝胶不会将潜在有害的 TEMPO 分子泄漏到体内，并允许材料保留其磁性一年以上。虽然比金属磁铁弱，但 TEMPO 磁铁足够坚固，可以用其他磁铁拉动和弯曲。其较弱的磁性也有一些优点——TEMPO 磁铁可以通过 MRI 进行拍照，而较强的磁铁可能会扭曲 MRI 图像直至无用。马克斯·普朗克智能系统研究所物理智能部前主任、该研究的通讯作者。

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