MIT vyvinul 3D tištěné mikroroboty ovládané magnety: Naděje pro medicínu

Vědci z Massachusetts Institute of Technology (MIT), Švýcarského federálního technologického institutu v Lausanne (EPFL) a University of Cincinnati dosáhli významného pokroku ve vývoji 3D tištěných mikrorobotů.

Vědci z Massachusetts Institute of Technology (MIT), Švýcarského federálního technologického institutu v Lausanne (EPFL) a University of Cincinnati dosáhli významného pokroku ve vývoji 3D tištěných mikrorobotů. Tyto miniaturní stroje jsou vyrobeny z nového měkkého magnetického hydrogelu, který lze tisknout do složitých mikroskopických struktur a ovládat pomocí vnějších magnetických polí.

Klíčovou inovací je schopnost tohoto gelu umožnit jednotlivým částem malého robota deformovat se a pohybovat nezávisle. Na rozdíl od předchozích magnetických materiálů, které se pohybovaly jako jediný celek, tato nová technologie otevírá cestu ke komplexnějším a přesnějším pohybům. Carlos Portela, autor studie z MIT, zdůrazňuje, že tato schopnost složitého pohybu v rámci jedné mikroskopické struktury může být přelomová pro měkkou mikroskopickou robotiku a materiály reagující na podněty.

Výzkumníci z MIT upřednostňují magnetické podněty před jinými spouštěči, jako je světlo nebo chemikálie, kvůli jejich rychlosti a pohodlí. Magnetická pole umožňují okamžité bezdrátové ovládání na dálku, čímž se obchází potřeba pomalých chemických reakcí nebo fyzického kontaktu. Tento programovatelný přístup umožňuje okamžitou manipulaci s vlastnostmi materiálu pro vysoce přesnou mikrorobotiku s dálkovým ovládáním.

Pro demonstraci schopností materiálu vědci vytvořili drobné 3D tištěné struktury ve tvaru lízátek, každé menší než zrnko písku. Tyto struktury se okamžitě promění v robotické chapadla, když se k nim přiblíží magnet. Standardní 3D tisk magnetických materiálů je obtížný, protože magnetické nanočástice rozptylují laserové světlo a shlukují se, což snižuje výkon laseru a narušuje strukturální integritu tisku. Tým tento problém vyřešil pomocí dvoufázového výrobního procesu: nejprve vytiskne čistou polymerní mikrostrukturu a poté ji ponoří do chemických lázní, aby se v gelu přímo vytvořily nanočástice oxidu železa.

Hustotu gelu a tím i úroveň magnetismu lze přesně regulovat úpravou výkonu laseru během počátečního tisku. To umožňuje jemné ladění magnetismu jednotlivých součástí v rámci jednoho mikroskopického robota. Synchronizovaný pohyb magnetizovaných lízátek, která reagovala s různou silou na magnet, napodoboval pohyb uchopujících prstů, což prokázalo, že tyto mikroskopické struktury mohou fungovat jako složité, dálkově ovládané robotické nástroje.

Potenciální využití těchto magneticky ovládaných měkkých robotů, neboli magno-botů, je široké, zejména ve zdravotnictví. Mohly by sloužit k odběru drobných lékařských vzorků nebo k cílenému dodávání léků do těla. Vědci také navrhli bistabilní spínač, který funguje jako mikroskopický ventil pro regulaci průtoku tekutin v lékařských zařízeních. Tyto objevy byly publikovány 28. dubna v časopise Matter.