Исследователи из Федеральной политехнической школы в Лозанне разработали небольшие пневматические приводы, сделанные из желатин-глицеринового композиционного материала. В будущем такие приводы позволят делать съедобных роботов, например, для безболезненных гастроэнтерологических исследований. Препринты работы исследователей опубликован на arXiv.org, а ее краткое изложение приводит TechCrunch.
Сегодня пока не существует роботов, которых можно было бы безопасно использовать для гастроэнтерологических исследований. Дело в том, что все существующие разработки требуют источника питания, встроенного или внешнего, что накладывает определенные ограничения на применение роботов.
Например, встроенный аккумулятор может попасть под действие желудочного сока; продукты начавшейся химической реакции могут отравить пациента. Использование же внешнего источника питания может доставлять дискомфорт пациентам.
Новая разработка швейцарских ученых в перспективе не будет нуждаться в источнике питания, поскольку сможет передвигаться под действием кислорода из воздуха и пищеварительных веществ. Пока же желатиновые приводы, разработанные исследователями, являются пневматическими.
Ученые сделали их, чтобы убедиться, что желатин-глицериновый материал по показателям эластичности и прочности не уступает силиконам, сегодня активно используемым в различных медицинских изделиях. Для проверки швейцарцы создали манипулятор с двумя желатиновыми пневматическими «пальцами».
Сперва исследователи экспериментировали с различным соотношением желатина и глицерина. По результатам экспериментов выяснилось, что наилучших результатов удалось добиться смешав желатин и глицерин в пропорции 1 к 1, причем перемешивание производилось на протяжении 30 минут при температуре 80 градусов с последующей сушкой на протяжении 48 часов.
Модуль упругости получившегося материала составил 2,7 +/- 0,5 мегапаскаля. Для сравнения, силиконовый каучук, используемый для изготовления мягких роботов, имеет модуль упругости от 1,3 до 3 мегапаскалей в зависимости от состава.
«Пальцы» желатинового пневматического манипулятора исследователи выполнили методом отливки в форму. При этом они были выполнены сегментными — каждый сегмент имеет внутри небольшую камеру и крепится к плоскому основанию. При накачке воздуха и повышении давления камеры расширяются, растягивая стенки сегментов, и «палец» сгибается.
При внутреннем давлении в 25 килопаскалей (0,2 атмосферы) «палец» действовал на тензометрический датчик с силой 0,34 ньютона. При этом угол сгибания «пальца» составил 170,3 градуса. Этих давления и силы оказалось достаточно, чтобы манипулятор мог захватывать и удерживать относительно тяжелые объекты.
Эксперимент был проведен с захватом и удержанием яблока (95,6 грамма), вареного яйца (47,7 грамма), апельсина (104,8 грамма), кубика «лего» (25,7 грамма) и упаковки жвачки (153,1 грамма). Теперь исследователи намерены доработать полученный желатин-глицериновый материал, чтобы повысить его температуру плавления. Сейчас она составляет 35 градусов Цельсия.
В конце января текущего года международная группа ученых представила мягкого робота, который призван облегать сердце и помогать ему сокращаться. Новый робот предназначен для помощи пациентам, страдающим от сердечной недостаточности и ожидающим пересадки сердца.
Робот представляет собой устройство, выполненное в виде рукава из силикона и покрытое биосовместимым гидрогелем. В рукаве находятся два слоя пневматических искусственный мышц. Как и волокна миокарда, приводы внутреннего слоя расположены циркулярно, а внешнего — спирально. Их одновременное сокращение вызывает сжатие и скручивание рукава, повторяющие естественные движения сердца.
Василий Сычёв