Penyelidik telah membangunkan kaedah baru untuk menghasilkan bahan-bahan skala milimeter lembut, membuka jalan untuk microrobots fleksibel untuk digunakan dalam prosedur perubatan dan persekitaran yang sukar diakses.

Pasukan penyelidikan yang terdiri daripada ahli-ahli dari Kejuruteraan Terinspirasi Biologi Harvard, Harvard John A. Paulson Sekolah Kejuruteraan dan Sains Gunaan (SEAS), dan Boston University, mencipta labah-labah lembut robot untuk menunjukkan teknologi mereka.

Kertas mereka diterbitkan di jurnal Bahan Termaju.

Anak baru di blok itu

Filem-filem sci-fi di Hollywood mungkin berjaya memujuk kami untuk percaya bahawa robot akan menjadi tuan kepada kami suatu hari nanti. Bagaimanapun, sekurang-kurangnya buat masa ini, robot membantu manusia di bilik darjah, kilang dan juga bilik operasi.

Baru-baru ini, robotik lembut, di mana dan di luarnya kedua-duanya terbuat dari bahan lembut, menjanjikan kelonggaran lebih banyak bekerja di sekitar persekitaran yang berubah atau tidak tersusun, dengan cara yang tidak dapat dicapai oleh robot tradisional dan tegar.

Kerana kepatuhan yang wujudnya, robot lembut boleh digunakan dengan baik untuk ahli bedah. Walaupun robot lembut bersaiz sentimeter telah dicipta, untuk selamat menjelajah tisu-tisu yang halus di badan manusia, mereka bukan sahaja perlu menjadi lebih kecil, tetapi juga melakukan pelbagai fungsi.

"Sistem robot lembut yang terkecil masih cenderung sangat mudah, dengan biasanya hanya satu darjah kebebasan, yang bermaksud bahawa mereka hanya boleh memainkan satu perubahan tertentu dalam bentuk atau jenis pergerakan, "pengarang bersama Sheila Russo, yang membantu memulakan projek itu sebagai rakan pasca doktoral Kumpulan Robert Wood di Wyss Institute dan SEAS, dan kini seorang penolong profesor di Boston University, dalam satu kenyataan.

Kayu adalah Charles River Professor Kejuruteraan dan Sains Gunaan di Harvard John A. Paulson Sekolah Kejuruteraan dan Sains Gunaan di SEAS, ahli fakir teras pengasas Institut Wyss, dan pengasas Makmal Harvard Mikrobiotik.

Diilhamkan oleh labah-labah merak Australia berukuran milimeter, para penyelidik telah membangunkan proses fabrikasi baru untuk merekabentuk robot skala milimeter dengan pelbagai fungsi.    

"Idea untuk mereka bentuk dan membuat robot lembut yang diilhamkan oleh arachnid kecil berasal dari kenyataan bahawa ia merangkumi sejumlah besar cabaran yang tidak dapat diselesaikan dalam robotik lembut, "kata Tommaso Ranzani, penulis pertama dan pengarang yang bersangkutan, yang memulakan kajian itu sebagai rakan postdoctoral dalam kumpulan Wood dan sekarang juga seorang penolong profesor di Boston University.

"Memang, ia kurang daripada satu sentimeter luas, mempunyai ciri-ciri ke skala mikrometer, struktur tiga dimensi yang jelas, dan sebilangan besar darjah kebebasan yang dikawal secara bebas. Di samping itu, ia dicirikan oleh corak warna yang indah. "

Menggabungkan tiga ke dalam satu

Proses fabrikasi baru, yang dipanggil MORPH (Origami Microfluidic untuk Pneumatic / Hydraulic Reconfigurable), menggabungkan tiga teknik fabrikasi sedia ada: litografi lembut, laser-micromachining, dan lipatan diri yang disebabkan oleh suntikan.

Pertama, untuk membuat bahan luar robot, para penyelidik menggunakan teknik litografi lembut untuk membuat lapisan silikon 12.  

"Sistem MORPH yang pertama ini dibuat dalam satu proses monolitik tunggal yang boleh dilakukan dalam beberapa hari dan mudah dilaraskan dalam usaha pengoptimuman reka bentuk," kata Ranzani dalam satu kenyataan.

Kemudian, mereka menggunakan micromachining laser untuk memotong setiap lapisan silikon dan mengikat masing-masing kepada yang di bawah untuk menghasilkan struktur labah-labah 3D kasar.

Dan penyelidik menggunakan kaedah lipat diri yang diinduksi suntikan untuk mengintegrasikan saluran mikrofluid berongga dengan penggerak ke dalam setiap lapisan dan menyuntik saluran ini dengan resin UV yang dapat disembuhkan, yang disuntik sebagai cecair dan menguatkan apabila terdedah kepada cahaya UV.

Apabila resin menguatkan dan kemudian menjadi cecair sekali lagi di dalam saluran, robot boleh melipat dan membuka sendiri, pergi dari 2D ke 3D dan sebaliknya.

"Teknik ini dipanggil lipatan diri yang disuntik," kata Russo katanya dalam satu kenyataan.

"Ia mengambil inspirasi dari kirigami dan seni origami kerana kita memotong dan kemudian melipat struktur dalam bentuk yang kita inginkan dan ia boleh dikonfigurasi semula. Sekiranya anda berfikir tentang artis origami, mereka boleh membuat najis dari kertas, tetapi kemudian anda boleh mengambil najis itu dan kembali membukanya atau melipatnya dengan cara lain dan mempunyai haiwan lain. "

Penggerak dalam perut, kepala, rahang dan kaki menjadikan robot ini berfungsi dengan pelbagai, dengan sembilan kebebasan bebas yang dikawal secara bebas dan lima darjah kebebasan struktural.

"Dengan membangunkan teknologi hibrid baru yang menggabungkan tiga teknik fabrikasi yang berlainan, kami menghasilkan labah-labah robotic yang lembut yang dibuat hanya getah silikon dengan kebebasan 18, merangkumi perubahan dalam struktur, gerakan, dan warna, dan dengan ciri-ciri kecil dalam julat mikrometer, "Kata Russo dalam satu kenyataan.

Akhirnya, di atas semua, para penyelidik mengisi saluran dengan air yang dicelup untuk meniru corak warna mewah dari labah-labah merak.

Kredit: Institut Wyss di Universiti Harvard

Pintu pembukaan

Ranzani percaya proses fabrikasi baru ini akan membolehkan robot lembut meneroka persekitaran yang sangat tidak berstruktur dan kompleks untuk pelbagai aplikasi, mulai daripada manipulasi selamat dan halus tisu di dalam tubuh manusia untuk mencari dan menyelamatkan di kawasan berbahaya.

"Kami berharap teknik ini dapat memainkan peranan penting dalam pembangunan kelas baru alat pembedahan lembut yang boleh melakukan tugas pembedahan canggih, "katanya dalam satu kenyataan.