Jako housenka. Hongkongští vědci navrhli minirobota, který umí projít organizmem s lékem na zádech

Maličký, měkký robot má nohy jako housenka, dokáže nosit těžká břemena a umí se přizpůsobit náročným povrchům. Foto: City University of Hong Kong

Trochu připomíná housenku a díky svým hmyzím nožkám se dokáže obratně pohybovat i po tak náročných površích, jako jsou tkáně uvnitř lidského těla. Díky tomu by minirobot vynalezený vědci v Hong Kongu mohl sloužit jako nosič léků na konkrétní místo v organizmu. Novinka byla zveřejněna v časopise Nature Communications.

 

I když výzkum zaměřený na vývoj minirobotů běží v tuto chvíli po celém světě, model, který vyvinula Městská univerzita v Hong Kongu, je unikátní. Maličký, měkký robot má nohy jako housenka, dokáže nosit těžká břemena a umí se přizpůsobit náročným povrchům. Díky kuželovitým nožkám také umí výrazně snižovat tření, takže se dokáže pohybovat uvnitř lidského těla na površích, které jsou buď potaženy, nebo zcela ponořeny v tělesných tekutinách, jako je krev nebo hlen. Do budoucna by tak mohl vydláždit cestu medicínským technologiím například k dopravování léků uvnitř lidského těla.

To, co tohoto miniaturního robota vyzdvihuje, jsou stovky nožek kratších než jeden milimetr, které vypadají jako krátké, tenké vlásky. Tento unikátní design nebyl nahodilou volbou. Výzkumný tým zkoumal nohy stovek zvířat pohybujících se po zemi – od těch, která mají dvě nohy, až po ty, co mají osm a více nohou. Zabýval se přitom mimo jiné vztahem mezi délkou končetin a mezerou mezi nimi – a právě odtud se pak inspiroval.

„Většina zvířat má poměr mezi délkou noh a mezerou mezi nimi od 2:1 po 1:1. Proto jsme se rozhodli u našeho robota využít proporci 1:1,“ vysvětluje Shen Yajing, docent biomedicínského inženýrství na Městské univerzitě v Hong Kongu, který výzkum vedl.

Tloušťka robotova těla se pohybuje kolem 0,15 milimetru, přičemž každá z kuželovitých nohou měří na délku 0,65 milimetru a mezera mezi nimi dosahuje zhruba 0,6 milimetru. Robotovy zašpičatělé nohy navíc redukují plochu, na které přicházejí do kontaktu s povrchem, díky čemuž snižují tření. Laboratorní testy ukázaly, že robot s mnoha nohama se potýká se 40krát menším třením než robot beznohý, a to jak v suchém, tak ve vlhkém prostředí.

Překážka v cestě? Žádný problém

Vedle mnohanohého designu je ovšem také důležité, z jakého materiálu bude minirobot vytvořen. Vědci ho prozatím navrhli ze silikonu zvaného polydimethylsiloxan (PDMS) a magnetických částic, které umožňují navigaci prostřednictvím elektromagnetické síly.

„Jak materiál, tak mnohanohý design velmi zlepšují robotovy hydrofobní vlastnosti. Vedle toho je elastická část měkká a lze ji tak snadno oříznout do nejrůznějších tvarů a velikostí vhodných pro různé aplikace,“ vysvětluje profesor Wang Zuankai z oddělení mechanického inženýrství hongkongské univerzity, který s celou myšlenkou přišel a inicioval spolupráci mezi výzkumníky.

Při experimentech se díky magnetismu mohl robot pohybovat dvěma způsoby: buď použil k pohybu vpřed zvedání přední části těla, nebo k  přehupoval tělo stavěním střídavě na levé a pravé nohy.

„Nerovný povrch a měnící se struktura různých tkání uvnitř lidského těla znamená pro transport problém. Náš mnohanohý robot má působivé výsledky v různých terénech, takže otvírá široké možnosti pro aplikace na poli transportu léků uvnitř těla,“ uvádí profesor Wang.

Výzkumný tým také dokázal, že když robot čelí překážce, která je desetkrát vyšší než délka jeho nohou, je díky svým deformovatelným měkkým nohám schopen zvednout jeden konec těla, takže vytvoří úhel 90 stupňů a překážku snadno překoná. Robot navíc může zvýšit svou rychlost prostřednictvím vyšší elektromagnetické frekvence.

Síla srovnatelná s člověkem, který by unesl minibus

Novinka má ještě jednu pozoruhodnou vlastnost – totiž schopnost nosit mnohonásobně těžší předměty. Laboratorní testy ukázaly, že robot zvládl náklad, který byl stokrát těžší než on sám. To je síla srovnatelná s jedním z nejsilnějších zvířat na světě, kterým je mravenec. Pro srovnání: kdyby byl stejně silný člověk, snadno by unesl 26místný minibus.

Úžasná schopnost nosit břemena, efektivní pohyb i dobré překonávání překážek dělá z tohoto miniaturního robota ideálního kandidáta pro aplikace v drsném prostředí. Mohl by tak například zajišťovat doručování léků do konkrétního bodu přes trávicí systém nebo zprostředkovávat lékařské kontroly.

Předtím, než proběhnou další testy na zvířatech a případně na lidech, ale výzkumný tým ještě dále vyvíjí a vylepšuje tři aspekty: snaží se najít biodegradabilní materiál, studuje nové tvary a přidává další vlastnosti. „Doufáme, že během nadcházejících dvou, tří let vytvoříme biodegradabilního robota, který se přirozeně rozloží poté, co léčivo doručí,“ dodává Shen.

-mk-