Współczesna technologia coraz częściej czerpie inspirację z natury, tworząc rozwiązania naśladujące żywe organizmy. Najnowszym osiągnięciem w tej dziedzinie są elastyczne mikroroboty, które mogą znacząco wpłynąć na przeprowadzane akcje ratunkowe, oraz medycynę.
Naukowcy z Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii (Penn State) opracowali innowacyjne roboty zdolne do poruszania się w trudno dostępnych miejscach, takich jak gruzowiska po trzęsieniach ziemi czy choćby wnętrze ludzkiego ciała.
Integracja elastycznej elektroniki z kontrolą magnetyczną
Tradycyjne roboty, zbudowane ze sztywnych materiałów, mają ograniczoną zdolność adaptacji do zmieniającego się otoczenia. W przeciwieństwie do nich, elastyczne mikroroboty wykonane z giętkich materiałów mogą naśladować ruchy żywych organizmów, co pozwala im na przemieszczanie się w wąskich i nieregularnych przestrzeniach. Kluczowym wyzwaniem było jednak wyposażenie ich w inteligentne sensory i elektronikę, które nie zakłócałyby ich elastyczności.
Elastyczne mikroroboty / Źródło: Jennifer M. McCann, psu.edu Zespół pod kierownictwem Huanyu „Larry’ego” Chenga, profesora inżynierii mechanicznej w Penn State, opracował metodę rozmieszczenia komponentów elektronicznych w sposób zachowujący giętkość robota, jednocześnie zapewniając jego wysoką wydajność. Roboty te poruszają się dzięki wbudowanym twardym materiałom magnetycznym, które reagują na zewnętrzne pole magnetyczne. Poprzez dostosowanie siły i kierunku tego pola, naukowcy mogą kontrolować ruchy robotów, takie jak zginanie, skręcanie czy pełzanie, bez potrzeby stosowania wewnętrznego zasilania czy fizycznych połączeń.
Wyzwania stawiane konstruktorom mikrorobotów
Jednym z głównych wyzwań przy projektowaniu elastycznych mikrorobotów było połączenie giętkiej struktury z elektroniką, która choćby w elastycznej wersji jest znacznie sztywniejsza niż materiały stosowane w miękkich robotach. Aby nie ograniczać ruchliwości robota, naukowcy zdecydowali się na równomierne rozmieszczenie elementów elektronicznych w jego strukturze. To pozwoliło zachować zarówno funkcjonalność układu, jak i elastyczność całej konstrukcji.
Dodatkowo istotnym problemem okazały się zakłócenia elektromagnetyczne. Sterowanie odbywa się tu z wykorzystaniem pól magnetycznych, które mogą zakłócać działanie układów elektronicznych. Inżynierowie musieli więc zaprojektować elektronikę w sposób, który minimalizuje wpływ tych zakłóceń, dzięki czemu sensory i inne komponenty zachowują pełną funkcjonalność choćby w obecności silnych pól magnetycznych.
Potencjalne zastosowania wynalazku w przyszłości
Opisywane mikromaszyny mogą wpłynąć na wiele dziedzin. W ratownictwie mogłyby być wykorzystywane do przeszukiwania gruzowisk po katastrofach naturalnych. Ich niewielki rozmiar i elastyczna konstrukcja pozwalają na docieranie do trudno dostępnych miejsc, gdzie tradycyjne roboty lub ratownicy nie mają szans dotrzeć.
W medycynie natomiast ich potencjał jest równie obiecujący. Dzięki możliwości poruszania się wewnątrz ludzkiego ciała mogą one precyzyjnie dostarczać leki bezpośrednio do chorego miejsca lub służyć do diagnostyki. Przykładem może być koncepcja „robotycznej pigułki„, którą pacjent mógłby połknąć – taka mikromaszyna mogłaby przemieszczać się przez układ pokarmowy, zbierając dane medyczne lub aplikując leki dokładnie tam, gdzie są potrzebne.
