Проглотил батарейку? Закуси роботом!
В экспериментах на модели человеческого пищевода и желудка исследователи Массачусетского технологического института, работающие под руководством профессора Даниэлы Рус (Daniela Rus), совместно с коллегами из университета Шеффилда и Токийского института технологии продемонстрировали способность крошечного робота-оригами высвобождаться из проглатываемой капсулы, перемещаться под действием внешних магнитных полей по стенке желудка и удалять прилипшую к ней батарейку таблеточного типа.
Новый робот не уникален в своем роде, однако он значительно отличается от своих предшественников. Как и предыдущая разработка авторов, он может перемещаться вперед по принципу «прерывистого скольжения», заключающегося в том, что его выступающие части во время движения прикрепляются к поверхности за счет сил трения, после чего снова высвобождаются, когда тело робота изгибается для изменения распределения своего веса.
Так же как и целый ряд своих предшественников, новый робот состоит из двух слоев структурного материала, между которыми располагается материал, сжимающийся при нагревании. Комплекс насечек на его внешнем слое определяет характер сгибания робота при сокращении среднего слоя.
Предполагаемое использование робота обусловило необходимость ряда структурных модификаций. Движение по принципу прерывистого скольжения возможно только в том случае, если робот негибок и имеет достаточно маленькие размеры. По сравнению со своим последним предшественником новый робот более эластичен, что обусловлено его изготовлением из биосовместимого материала. Для того, чтобы компенсировать эту эластичность исследователи разработали новый дизайн робота с меньшим количеством насечек на внешней поверхности. В то же время складки тела робота увеличивают его жесткость вдоль определенных осей.
Помимо этого следует учитывать, что желудок наполнен жидкостью и в таких условиях движение робота не может полностью происходить по принципу прерывистого скольжения. По оценкам авторов, 20% движения вперед обеспечивается движением жидкости и 80% – прерывистым скольжением. С учетом этого разработчики снабдили тело робота «плавником».
Методом проб и ошибок исследователи пришли к форме робота, обеспечивающей возможность его сжатия для размещения в пригодной для проглатывания капсуле и последующего самостоятельного восстановления формы при ее растворении в желудке. Получившийся в результате робот представляет собой прямоугольник со складками «гармошкой», перпендикулярными его длинной оси и с загнутыми уголками, выступающими в роли зон сцепления со стенкой желудка.
В центре одной из складок размещается постоянный магнит, реагирующий на изменения внешних магнитных полей, регулирующих движение робота. Применяемые к роботу силы преимущественно имеют вращательный характер. Быстрое вращение заставляет его крутиться на месте, а более медленное – поворачиваться вокруг одной из его фиксированных «ножек». При проведении экспериментов робот использовал этот же магнит для удаления прилипшей батарейки.
В поисках структурного материала для робота авторы протестировали более 10 различных вариантов, пока не остановились на сушеных свиных кишках, применяемых в качестве оболочки при изготовлении колбас. Для изготовления сокращающегося среднего слоя робота они использовали биоразлагаемую сжимающуюся оболочку Biolefin.
Используемый в экспериментах симулятор представлял собой изготовленный из силиконового каучука открытый поперечный срез пищевода и желудка, заполненный смесью воды и лимонного сока. Эта модель была создана в соответствии с механическими параметрами, полученными при изучении настоящего свиного органа.
Ежегодно только в США фиксируется 3 500 случаев проглатывания батареек. Достаточно часто они выводятся из организма естественным путем, однако их длительный контакт с тканью пищевода или желудка может привести к появлению электрического тока, под действием которого образуются соединения, повреждающие ткань. Авторы надеются, что разработанный ими робот-оригами позволит не только без хирургического вмешательства удалять проглоченные батарейки из пищевода или желудка, но и обрабатывать остающиеся после них повреждения ткани.
Результаты работы будут представлены на международной конференции по робототехнике и автоматизации (International Conference on Robotics and Automation), которая состоится 16-21 марта в Стокгольме, Швеция.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
по материалам Massachusetts Institute of Technology: Ingestible origami robot.
18.05.2016