微型折纸机器人:可以被人体消化
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引言
如今,机器人可以在各种环境下灵活的工作。IntelligentThings之前也介绍过几款机器人,例如:SCAMP多模态机器人:如飞虫一般灵活!,昆虫大小的RoboBee机器人可以飞行和游泳。这些机器人,都有着自己独特的能力,可以胜任各种工作。
但是,有没有一种机器人,能够在人体消化系统中工作,并且能够被人体消化呢?
来自麻省理工学院,谢菲尔德大学,东京工业大学的研究人员,在仿照人类食管和胃的试验中,展示了一个微型的折纸机器人,可以从一个可吞咽的胶囊中,打开自身,通过外部磁场控制,在胃壁上爬动,来移除一个误吞的纽扣电池,或者修复伤口。
运动方式和结构设计
它可以使用一种“粘滑运动”的动作,推进自己。机器人的附属部分会依靠摩擦力粘附在组织表面滑动。当它收缩时,它身体的重量分布发生变化,它会再次以更自由的方式滑动。
这个机器人,由两层结构材料的夹住一层材料组成,中间一层材料在加热后收缩。外层的狭缝决定机器人在中间层收缩时,如何折叠。
机器人的粘滑运动,只有在:第一,机器人足够小。第二,机器人足够坚硬的条件下,才能正常工作。为了补偿生物相容性材料的相对展延性,研究人员必须使用一个具有更少裂缝的设计。与此同时,机器人的折叠,将增加它在一定维度上的刚度。
由于胃里通常有许多液体,机器人也不能完全依靠粘滑运动。在研究人员的计算中,20%的前向运动依赖于推水,而另外80%是粘滑运动。所以根据这些理念和特性,机器人的身体是相对平滑的设计。
机器人的身体必须被压缩,具有放进可吞咽的胶囊中的大小。同样,当胶囊溶解后,作用于机器人的力,必须足够大,让它可以完全打开。通过不断试错的过程,研究人员最终使用了带有可折叠的,垂直折痕的矩形机器人,并且压紧其边角成为牵引点。
在一个前向手风琴状褶皱中间,是一个永磁体,可以响应人体外部的磁场变化,来控制机器人的移动。应用在机器人上的力,大部分是转动的。在实验中,机器人使用同样的磁场来捡起纽扣电池。
选择材料和测试
研究人员做了很多测试,最终确定使用在干猪肠衣作为材料。他们在亚洲市场和中国城寻找材料。中间可以收缩的那层,是生物可降解的热缩塑料包,叫做Biolefin。
为了设计他们合成的胃,研究人员买了一个猪胃,并且来测试它的力学性质。他们的模型,是一个食管和尾部的开放横截面,由一个具有相同力学属性的硅橡胶组成。用水和柠檬汁的混合液体,来模仿胃里面的液体
主要应用
每年,美国就有3500个被误食的纽扣电池。通常情况下,电池可以被正常消化。但是如果长时间接触食管和胃,他们会产生制造氢氧化物的电流,有可能会伤害胃。删除误食的纽扣电池,和治疗随之发生的创伤,成为该机器人的主要应用。这种可被胃消化的机器人,对于医疗应用来说,有着很大的潜在意义。
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