Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 26 °C
Gök Gürültülü

Yeni Manyetik Sprey Nesneleri Biyomedikal Uygulamalar için Böcek Büyüklüğünde Robotlara Dönüştürüyor

20.11.2020
204
Yeni Manyetik Sprey Nesneleri Biyomedikal Uygulamalar için Böcek Büyüklüğünde Robotlara Dönüştürüyor

Hong Kong Şehir Üniversitesi’nden (CityU) bir bilim insanı tarafından yürütülen ortak bir araştırmada, nesneleri tutkal benzeri bir manyetik sprey ile kaplayarak milirobotlar yapmanın kolay bir yolu geliştirildi.

Manyetik alan tarafından yönlendirilen kaplanmış nesneler farklı yüzeylerde sürünebilir, yürüyebilir veya yuvarlanabilir. Manyetik kaplama biyolojik olarak uyumlu olduğundan ve ihtiyaç duyulduğunda tozlara ayrıştırılabildiğinden, bu teknoloji, kateter navigasyonu ve ilaç iletimi dahil olmak üzere biyomedikal uygulamalar için potansiyeli göstermektedir.

Araştırma ekibi, Çin Bilimler Akademisi (CAS), Shenzhen İleri Teknoloji Enstitüleri (SIAT) ile işbirliği içinde CityU Biyomedikal Mühendisliği Bölümü (BME) Doçenti Dr. Shen Yajing tarafından yönetilmektedir. Araştırma bulguları, Science Robotics adlı bilimsel dergide yayınlandı.

Dr. Shen (ortada) ve CityU’daki ekip. Kredi: Hong Kong Şehir Üniversitesi

Nesneleri “manyetik kaplama” ile mil robotlara dönüştürme

Bilim adamları, keşif ve biyomedikal uygulamalar için farklı ortamlara uyum sağlayabilen milirobotlar veya böcek ölçekli robotlar geliştiriyorlar.

Dr.Shen’in araştırma ekibi, nesneleri M-sprey adı verilen birleşik yapıştırıcı benzeri manyetik sprey ile kaplayarak milirobotlar oluşturmak için basit bir yaklaşım geliştirdi.

Dr. Shen, “Bizim fikrimiz, bu ‘manyetik kaplamayı’ giyerek herhangi bir nesneyi robota dönüştürebilir ve hareketlerini kontrol edebiliriz. Geliştirdiğimiz M-sprey, hedeflenen nesneye yapışabilir ve bir manyetik alan tarafından sürüldüğünde nesneyi ‘etkinleştirebilir’, ”diye açıkladı.

Polivinil alkol (PVA), glüten ve demir parçacıklarından oluşan M-sprey, bir (1D), iki (2D) veya üç boyutlu (3D) nesnelerin pürüzlü ve pürüzsüz yüzeylerine anında, kararlı ve sıkı bir şekilde yapışabilir. Yüzeyde oluşturduğu film, nesnelerin orijinal boyutunu, biçimini ve yapısını koruyacak kadar ince olan yaklaşık 0,1 ila 0,25 mm kalınlığındadır.

Nesneyi M-spreyi ile kapladıktan sonra, araştırmacılar, nesnenin bir manyetik alan tarafından nasıl hareket ettiğini kontrol edebilen tek veya çoklu mıknatıslama yönleriyle onu mıknatısladılar. Daha sonra, kaplama katılaşana kadar nesneye ısı uyguladılar.

Böylelikle nesneler bir manyetik alan tarafından sürüldüğünde camdan, deriye, tahtadan kuma kadar çeşitli yüzeylerde sürünme, çevirme, yürüme ve yuvarlanma gibi farklı hareket modları ile milirobotlara dönüştürülebilir. Ekip, pamuk ipliği (1D), origami (2D düz düzlem), polidimetilsiloksan (PDMS) filmi (2D kavisli / yumuşak yüzey) ve plastik boruyu (3D yuvarlak nesne) yumuşak sürüngen robota, çok ayaklı robota dönüştürerek bu özelliği gösterdi. sırasıyla yürüyen robot ve yuvarlanan robot.

Hareket modunu değiştirmek için isteğe bağlı yeniden programlama

Bu yaklaşımı özel kılan şey, ekibin millirobot’un hareket modunu talep üzerine yeniden programlayabilmesidir.

Bu makalenin ilk yazarı Bay Yang Xiong, geleneksel olarak, robotun ilk yapısının genellikle inşa edildikten sonra sabitlendiğini ve dolayısıyla hareket halindeki çok yönlülüğünü kısıtladığını açıkladı.

Bununla birlikte, katılaşmış M-sprey kaplamanın tutkal gibi yapışkan hale getirilmesi için tamamen ıslatılması ve ardından güçlü bir manyetik alan uygulanmasıyla, M-sprey kaplamanın manyetik parçacıklarının (kolay mıknatıslanma ekseni) dağılım ve hizalanma yönü değiştirilebilir.

Sürüngen millirobot, yeniden programlamadan sonra tırtıl hareketinden akordeon hareketine değişir. Kredi: Hong Kong Şehir Üniversitesi

Deneyleri, aynı milirobotun, geniş bir ortamda daha hızlı bir 3D tırtıl hareketinden dar bir boşluktan geçmek için daha yavaş bir 2D akordeon hareketine kadar farklı hareket modları arasında geçiş yapabileceğini gösterdi.

Navigasyon yeteneği ve parçalanabilir özellik

Bu yeniden programlanabilir çalıştırma özelliği, hedeflere doğru navigasyon için de yararlıdır.

Ekip, biyomedikal uygulamalardaki potansiyeli keşfetmek için, hastalığı tedavi etmek veya cerrahi prosedürler gerçekleştirmek için vücuda yerleştirmek için yaygın olarak kullanılan bir kateter ile deneyler yaptı.

M-sprey kaplı kateterin keskin veya pürüzsüz dönüşler yapabildiğini gösterdiler ve kan / sıvı akışının, M-sprey kaplı kateter üzerindeki hareket kabiliyeti ve stabilitesi üzerindeki etkisi sınırlıydı.

Bir pamuk ipliğinin farklı bölümlerinin M-sprey kaplamasını teslimat görevine ve ortama göre yeniden programlayarak, hızlı bir yönlendirme ve düzensiz, dar bir yapıdan sorunsuz bir şekilde geçebildiğini gösterdiler.

Dr. Shen, klinik uygulama açısından bunun, yerleştirme sırasında boğaz duvarına beklenmedik şekilde dalmayı önleyebileceğine dikkat çekti. “Görev tabanlı yeniden programlama, navigasyonun her zaman gerekli olduğu karmaşık yemek borusu, damar ve üretra içinde kateter manipülasyonu için umut verici bir potansiyel sunuyor” dedi.

Bu teknolojinin bir diğer önemli özelliği, M-sprey kaplamanın, bir manyetik alanın manipülasyonu ile talep üzerine tozlara ayrıştırılabilmesidir.

“M-spreyin tüm ham maddeleri, yani PVA, glüten ve demir parçacıkları biyouyumludur. Parçalanan kaplama insan vücudu tarafından emilebilir veya atılabilir ”dedi Dr. Shen, M-spreyin parçalanmasının yan etkisinin ihmal edilebilir olduğunu vurguladı.

Tavşan midesinde başarılı ilaç verilmesi

Ekip, M spreyli millirobot’un ilaç dağıtımı için fizibilitesini ve etkinliğini daha fazla doğrulamak için, M-sprey ile kaplı tavşan ve kapsül ile in vivo test gerçekleştirdi. Doğum işlemi sırasında tavşanlara anestezi uygulandı ve kapsülün mide içindeki konumu radyoloji görüntüleme ile izlendi.

Kapsül hedeflenen bölgeye ulaştığında, araştırmacılar salınımlı bir manyetik alan uygulayarak kaplamayı parçaladılar. Dr Shen, “M-spreyin kontrol edilebilir parçalanma özelliği, ilacın organda dağılmak yerine hedeflenen bir yere salınmasını sağlar, diye ekledi.

M-sprey kaplama, kuvvetli asidik ortamda (pH seviyesi 1) yaklaşık sekiz dakika içinde parçalanmaya başlayacak olsa da, ekip, M-sprey kaplamanın yüzeyindeki ilave bir PVA tabakasının onu yaklaşık 15 dakikaya kadar uzatabileceğini gösterdi.

Demir parçacıkları nikel parçacıklarıyla değiştirilirse, kaplama güçlü asidik bir ortamda 30 dakika sonra bile stabil kalabilir.

Deney sonuçlarımız, M-spreyi ile çeşitli ortama, yüzey koşullarına ve engellere uyum sağlayan farklı milirobotların yapılabileceğini gösterdi.

Bu inşaat stratejisinin, özellikle sınırlı alanlardaki görevler için aktif ulaşım, hareketli sensör ve cihazlar gibi farklı alanlarda milirobotların geliştirilmesine ve uygulanmasına katkıda bulunacağını umuyoruz, dedi.

Referans: 18 Kasım 2020, Science Robotics.

CityU’dan Dr. Shen ve CAS’dan Dr. Wu Xinyu, makalenin ilgili yazarlarıdır. İlk yazarlar, CityU’da BME’den bir doktora öğrencisi olan Bay Yang Xiong ve SIAT CAS’tan Dr. Shang Wanfeng’dir. Diğer ortak yazarlar, Dr. Lu Haojian, Dr. Liu Yanting, Bay Yang Liu ve Bayan Tan Rong, Dr. Shen’in ekibinden yeni mezunlar ve doktora öğrencileri.

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.