 |
تم تطوير روبوت صغير وناعم رقيق مع أرجل تشبه اليرقة قادرة على حمل الأحمال الثقيلة وقابلة للتكيف مع البيئة المعاكسة.
هذا الروبوت الصغير يمكن أن يمهد الطريق للتقدم التكنولوجي الطبي مثل توصيل الأدوية في جسم الإنسان.
في جميع أنحاء العالم ، كان هناك بحث حول تطوير الروبوتات المليونية الناعمة. لكن تصميم CityU الجديد بأرجل متعددة يساعد على تقليل الاحتكاك بشكل كبير ، بحيث يتمكن الروبوت من التحرك بفعالية داخل الأسطح داخل الجسم المبطنة ، أو مغمورة بالكامل في سوائل الجسم مثل الدم أو المخاط.
تم نشر نتائج البحث في العدد الأخير من المجلة العلمية Nature Communications
ما يميز هذا الميلي-الروبوت هو المئات من الأرجل المدببة التي يبلغ طولها أقل من 1 مم والتي تبدو وكأنها قصيرة جدًا.
هذا التصميم الفريد لم يكن اختيارا عشوائيا. قام فريق البحث بدراسة هياكل الساق لمئات الحيوانات الأرضية بما في ذلك تلك التي تحتوي على 2 أو 4 أو 8 أو أكثر من الأرجل ، وعلى الأخص النسبة بين طول الساق والفجوة بين الساقين.
وضح الدكتور شين ياجينغ ، الأستاذ المساعد في قسم الهندسة الطبية الحيوية في جامعة سيتي يو "معظم الحيوانات لديها طول الساق إلى معدل الفجوة بين 2: 1 إلى 1: 1.
لذلك قررنا إنشاء الروبوت الخاص بنا باستخدام نسبة 1: 1". BME) ، الذي قاد البحث. يبلغ سمك جسم الإنسان حوالي 0.15 مم ، مع طول كل ساق مخروطية يبلغ طوله 0.65 مم والفراغ بين الأرجل يبلغ حوالي 0.6 ملم ، مما يجعل نسبة طول الساق إلى فجوة حوالي 1: 1.
علاوة على ذلك ، فإن الأرجل المدببة في الروبوت قد خفضت بشكل كبير من منطقة التلامس ومن ثم الاحتكاك بالسطح.
وأظهرت الاختبارات المعملية أن الروبوت ذي الأرجل المتعددة لديه احتكاك أقل 40 مرة من روبوت بدون أطراف في البيئة الرطبة والجافة.
وبصرف النظر عن التصميم متعدد الساق ، فإن المواد مهمة أيضًا.
تم صنع الروبوت مع مادة السليكون التي تسمى polydimethylsiloxane (PDMS) المضمنة مع الجسيمات المغناطيسية التي تمكنها من التحكم عن بعد من خلال استخدام القوة الكهرومغناطيسية.
يقول البروفيسور وانج زوانكاي من قسم CityU's: "إن كل من المواد والتصميم المتطور للساق يحسنان كثيرا من خاصية الروبوتات الكارهة للماء. علاوة على ذلك ، فإن القطعة المطاطية ناعمة ويمكن قطعها بسهولة لتشكيل روبوتات بأشكال وأحجام مختلفة لتطبيقات مختلفة".
الهندسة الميكانيكية (MNE) التي صممت فكرة البحث هذه وبدأت التعاون بين الباحثين. تتحرك في سهولة في بيئة قاسية يمكن للرجل الآلي المتحكم به بواسطة مناور مغناطيسي يستخدم في التجارب ، أن يتحرك في كل من نمط دفع الرفرفة ونمط البندول المقلوب ، مما يعني أنه يمكنه استخدام أقدامه الأمامية للتحريك إلى الأمام وكذلك تأرجح الجسم بالوقوف على القدمين اليسرى واليمنى بالتناوب للتقدم على التوالي.
يقول البروفيسور وانج: "إن السطح المتين والملمس المتغير للأنسجة المختلفة داخل جسم الإنسان يجعل من النقل صعباً.
ويظهر روبوتنا متعدد الأرجل أداءً مذهلاً في تضاريس مختلفة ، وبالتالي تطبيقات واسعة مفتوحة لتسليم الأدوية داخل الجسم".
كما أثبت فريق البحث أنه عند مواجهة عقبة أعلى بعشر مرات من طول الساق ، فإن الروبوت ، بأرجله الناعمة القابلة للتشوه ، قادر على رفع أحد أطراف جسمه لتشكيل زاوية تصل إلى 90 درجة وعبور عقبة بسهولة.
ويمكن للروبوت زيادة سرعته عن طريق زيادة التردد الكهرومغناطيسي المطبق. كما يظهر الروبوت قدرة تحميل رائعة. وأظهرت الاختبارات المعملية أن الروبوت قادر على حمل حمولة أثقل بـ 100 مرة من نفسه ، وقوة مماثلة لنمل ، أحد أقوى هرقل الطبيعة ، أو للإنسان القادر على رفع حافلة صغيرة من 26 مقعدا بسهولة. إن قدرة الحمل القوية بشكل مثير للدهشة ، والتنقل الفعال ، والقدرة على عبور العوائق الجيدة تجعل هذا المللي-الروبوت مناسبًا للغاية للتطبيقات في بيئة قاسية ، على سبيل المثال توصيل الدواء إلى مكان معين من خلال الجهاز الهضمي ، أو إجراء فحص طبي ، "يضيف دكتور شين قبل إجراء المزيد من الاختبارات على الحيوانات وفي نهاية المطاف في البشر ، تقوم فرق البحث بتطوير وتحسين أبحاثهم في ثلاثة جوانب ، وهي البحث عن مادة قابلة للتحلل البيولوجي ، ودراسة أشكال جديدة ، وإضافة ميزات إضافية.
يقول الدكتور شين: "نأمل في إنشاء إنسان آلي قابل للتحلل في غضون العامين أو الثلاثة أعوام القادمة حتى تتحلل بشكل طبيعي بعد مهمة تسليم الدواء".
والمؤلفون المشاركون في الورقة هم لو هاوجيان من قسم BME والدكتور تشانغ مي من وزارة MNE في CityU. ومن بين المؤلفين المشاركين الآخرين يانغ يوان يوان من قسم CityE بمدينة بي إم إي ، والبروفسور هوانغ كيانغ والبروفيسور توشيو فوكودا من معهد بكين للتكنولوجيا.
هذا الروبوت الصغير يمكن أن يمهد الطريق للتقدم التكنولوجي الطبي مثل توصيل الأدوية في جسم الإنسان.
في جميع أنحاء العالم ، كان هناك بحث حول تطوير الروبوتات المليونية الناعمة. لكن تصميم CityU الجديد بأرجل متعددة يساعد على تقليل الاحتكاك بشكل كبير ، بحيث يتمكن الروبوت من التحرك بفعالية داخل الأسطح داخل الجسم المبطنة ، أو مغمورة بالكامل في سوائل الجسم مثل الدم أو المخاط.
تم نشر نتائج البحث في العدد الأخير من المجلة العلمية Nature Communications
ما يميز هذا الميلي-الروبوت هو المئات من الأرجل المدببة التي يبلغ طولها أقل من 1 مم والتي تبدو وكأنها قصيرة جدًا.
هذا التصميم الفريد لم يكن اختيارا عشوائيا. قام فريق البحث بدراسة هياكل الساق لمئات الحيوانات الأرضية بما في ذلك تلك التي تحتوي على 2 أو 4 أو 8 أو أكثر من الأرجل ، وعلى الأخص النسبة بين طول الساق والفجوة بين الساقين.
وضح الدكتور شين ياجينغ ، الأستاذ المساعد في قسم الهندسة الطبية الحيوية في جامعة سيتي يو "معظم الحيوانات لديها طول الساق إلى معدل الفجوة بين 2: 1 إلى 1: 1.
لذلك قررنا إنشاء الروبوت الخاص بنا باستخدام نسبة 1: 1". BME) ، الذي قاد البحث. يبلغ سمك جسم الإنسان حوالي 0.15 مم ، مع طول كل ساق مخروطية يبلغ طوله 0.65 مم والفراغ بين الأرجل يبلغ حوالي 0.6 ملم ، مما يجعل نسبة طول الساق إلى فجوة حوالي 1: 1.
علاوة على ذلك ، فإن الأرجل المدببة في الروبوت قد خفضت بشكل كبير من منطقة التلامس ومن ثم الاحتكاك بالسطح.
وأظهرت الاختبارات المعملية أن الروبوت ذي الأرجل المتعددة لديه احتكاك أقل 40 مرة من روبوت بدون أطراف في البيئة الرطبة والجافة.
وبصرف النظر عن التصميم متعدد الساق ، فإن المواد مهمة أيضًا.
تم صنع الروبوت مع مادة السليكون التي تسمى polydimethylsiloxane (PDMS) المضمنة مع الجسيمات المغناطيسية التي تمكنها من التحكم عن بعد من خلال استخدام القوة الكهرومغناطيسية.
يقول البروفيسور وانج زوانكاي من قسم CityU's: "إن كل من المواد والتصميم المتطور للساق يحسنان كثيرا من خاصية الروبوتات الكارهة للماء. علاوة على ذلك ، فإن القطعة المطاطية ناعمة ويمكن قطعها بسهولة لتشكيل روبوتات بأشكال وأحجام مختلفة لتطبيقات مختلفة".
الهندسة الميكانيكية (MNE) التي صممت فكرة البحث هذه وبدأت التعاون بين الباحثين. تتحرك في سهولة في بيئة قاسية يمكن للرجل الآلي المتحكم به بواسطة مناور مغناطيسي يستخدم في التجارب ، أن يتحرك في كل من نمط دفع الرفرفة ونمط البندول المقلوب ، مما يعني أنه يمكنه استخدام أقدامه الأمامية للتحريك إلى الأمام وكذلك تأرجح الجسم بالوقوف على القدمين اليسرى واليمنى بالتناوب للتقدم على التوالي.
يقول البروفيسور وانج: "إن السطح المتين والملمس المتغير للأنسجة المختلفة داخل جسم الإنسان يجعل من النقل صعباً.
ويظهر روبوتنا متعدد الأرجل أداءً مذهلاً في تضاريس مختلفة ، وبالتالي تطبيقات واسعة مفتوحة لتسليم الأدوية داخل الجسم".
كما أثبت فريق البحث أنه عند مواجهة عقبة أعلى بعشر مرات من طول الساق ، فإن الروبوت ، بأرجله الناعمة القابلة للتشوه ، قادر على رفع أحد أطراف جسمه لتشكيل زاوية تصل إلى 90 درجة وعبور عقبة بسهولة.
ويمكن للروبوت زيادة سرعته عن طريق زيادة التردد الكهرومغناطيسي المطبق. كما يظهر الروبوت قدرة تحميل رائعة. وأظهرت الاختبارات المعملية أن الروبوت قادر على حمل حمولة أثقل بـ 100 مرة من نفسه ، وقوة مماثلة لنمل ، أحد أقوى هرقل الطبيعة ، أو للإنسان القادر على رفع حافلة صغيرة من 26 مقعدا بسهولة. إن قدرة الحمل القوية بشكل مثير للدهشة ، والتنقل الفعال ، والقدرة على عبور العوائق الجيدة تجعل هذا المللي-الروبوت مناسبًا للغاية للتطبيقات في بيئة قاسية ، على سبيل المثال توصيل الدواء إلى مكان معين من خلال الجهاز الهضمي ، أو إجراء فحص طبي ، "يضيف دكتور شين قبل إجراء المزيد من الاختبارات على الحيوانات وفي نهاية المطاف في البشر ، تقوم فرق البحث بتطوير وتحسين أبحاثهم في ثلاثة جوانب ، وهي البحث عن مادة قابلة للتحلل البيولوجي ، ودراسة أشكال جديدة ، وإضافة ميزات إضافية.
يقول الدكتور شين: "نأمل في إنشاء إنسان آلي قابل للتحلل في غضون العامين أو الثلاثة أعوام القادمة حتى تتحلل بشكل طبيعي بعد مهمة تسليم الدواء".
والمؤلفون المشاركون في الورقة هم لو هاوجيان من قسم BME والدكتور تشانغ مي من وزارة MNE في CityU. ومن بين المؤلفين المشاركين الآخرين يانغ يوان يوان من قسم CityE بمدينة بي إم إي ، والبروفسور هوانغ كيانغ والبروفيسور توشيو فوكودا من معهد بكين للتكنولوجيا.
اشترك الآن
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق