4 магнитных робота, которые могут помочь врачам
Магнитные роботы занимают особое место в медицине: некоторые из них настолько крошечные, что могут транспортировать лекарства внутри артерий. Более того, есть микророботы, которые умеют растворяться внутри живых организмов. В тексте рассказываем о четырех необычных проектах.
Навигация по статье:
Микророботы из ферромагнитной стружки
В 2011 году ученые из Аргоннской национальной лаборатории создали магнитных микроботов размером до 0,5 мм. Они способны организованно перемещаться и собираться в разные структуры. Например, в круглую форму — ее ученые назвали «астерсом».
Четыре «астерса» захватывают частицы. Источник: Национальная лаборатория Argonne
Как работает?
Вспомните школьный опыт с проявлением формы магнитного поля. Есть плоская катушка — провод, намотанный на окружность. Рядом с ней расположен гладкий столик, на который насыпана металлическая стружка.
При подаче электричества на катушку появляется магнитное поле. Металлические частицы приходят в движение и выстраиваются вдоль его силовых линий.
Примерно по такому же принципу работают магнитные микророботы: ими можно управлять с помощью магнитного поля. Более того, они состоят из ферромагнитных частиц — значит, могут сохранять форму «астерс» даже после отключения магнитного поля.
Чтобы частицы металла были подвижней, их поместили в прослойку между маслом и водой. Как думаете, почему именно такую среду выбрали ученые? Напишите в комментариях.
Область применения
Теоретически, микророботов из ферромагнитной стружки можно использовать для доставки лекарств в отдельные участки организма. Но есть и другие применения. «Астерсы» способны изолировать и выводить из организма отдельные микротела.
«Астерсы достаточно мощные, притом могут обрабатывать объекты более деликатно, чем механические микроманипуляторы».
Роботы-домино
В 2018 году инженеры из университета Пердью и Западного Лафайета создали небольшого, но быстрого магнитного робота. Под действием магнитного поля он движется со скоростью до 5 см/c. Притом его размер всего один квадратный миллиметр (400 мкм × 800 мкм) — вдвое больше «астерса».
Робот может перемещаться в сухой и жидкой средах. Хотя в последней он замедляется до 1,5 см/с. Еще он умеет подниматься под наклоном до 60 градусов. Это все благодаря особой механике движения.
Как работает?
Форма микроробота напоминает домино. В основе конструкции — легкая плитка из фоторезиста и два намагниченных «колпачка» с добавлением магнитных частиц.
Вращающееся внешнее магнитное поле заставляет робота перемещаться кувырками: «колпачки» намагничиваются и тянут за собой конструкцию до тех пор, пока поле не сбавит обороты.
Для управления роботом не нужно строить большие установки из катушек индуктивности. Достаточно магнитного поля от 2 до 40 мТл — его можно создать с помощью небольшого соленоида. Единственное, что будет сложно сделать в домашних условиях, — маховик, который будет вращать магнит с частотой от 100 до 2000 Гц.
Область применения
Пока сложно сказать, с чем конкретно робот-домино может помочь. На первый взгляд, он больше подходит для доставки лекарств, чем «астерсы». Но как прикрепить к конструкции таблетку — пока открытый вопрос.
Зато робот может не только подниматься под крутым наклоном, но и преодолевать неровные гофрированные поверхности с небольшими выступами и ямками — такого в органах достаточно. А вот для работы в сосудах есть более подходящий вариант.
Микророботы из водорослей
В 2017 году исследователи из университетов Гонконга, Эдинбурга и Манчестера изобрели магнитных роботов из водорослей спирулины. Ее обычно используют в кормовых добавках, она безвредна для человека.
Как работает?
Для управления роботами ученые используют трехосевую установку с катушками Гельмгольца — они генерируют магнитное поле в ограниченном пространстве. Мощность поля можно регулировать по каждой из осей пространства.
Трехмерное воздействие магнитного поля вызывает колебания роботов на разных участках. В результате они, подобно змеям, передвигаются в жидкой среде.
У вас мог возникнуть вопрос: «Как управлять роботами с помощью магнитного поля, если они из водорослей?» Простите за лукавство. Разработчикам не удалось избавиться от металлов. Для придания свойств магнетика ученые добавили наночастицы магнетита — оксида железа, Fe3O4.
Область применения
Исследователи проверили воздействие роботов на раковые клетки. Результаты показали, что робочастицы токсичны для рака шейки матки и печени. После введения препарата у раковых клеток запускается апоптоз — процесс «клеточного самоубийства».
Ученые полагают, что клетки рака погибают из-за фикоцианина — компонента водорослей спирулины.
Магнетит, который находится в составе робота, также способен помочь — его используют для «бомбардировок» опухолей, когда частицы металла с помощью переменного магнитного поля нагревают до 43-45 °C. Подробнее про использование магнетита в медицине можно почитать в статье НИТУ «МИСиС».
Роботы из гидрогеля
До сих пор мы говорили о неразлагаемых микророботах — после введения в организм их нужно удалять хирургическим путем.
Последняя разработка в подборке — полная противоположность. Мягкий магнитный робот больше предшественников и может раствориться за 48 часов при температуре человеческого тела.
Робот растворяется в воде. Источник: ResearchGate
Способность к растворению — особенность массы, из которой сделан робот. В ее основе — ферромагнитный гидрогель Hof-Gel15-Fe3O4, состоящий из желатина и частиц оксида железа.
Как работает?
Робота не зря называют мягким: он умеет изгибаться, сворачиваться и перемещаться как гусеница. Для этого у него есть маленькие лапки: они нужны для захвата крошечных объектов.
Во время тестирования робота самый тяжелый грузик, который смогла поднять пара ног, — резинка массой 0,3 г. Это почти в 6 раз больше массы ножек.
Перемещая и поворачивая магнит можно управлять роботом — заставлять его сгибаться и двигаться кувырками.
Область применения
Авторы проекта отмечают, что гидрогелевые роботы хорошо подходят для доставки лекарств в отдельные области организма. Пример — модель движения робота в желудке.
К тому же гидрогелевый робот растворяется в пределах 48 часов и не мучает ЖКТ.
Какой робот вам понравился больше? Напишите аргументы в пользу своего любимчика в комментариях и подписывайтесь на блог Selectel.
Читайте также:
Режиссеры все знали заранее...
Будущее за роботами! Как вы думаете, какие еще сферы они «прокачают»?)