Оригами робот будет спасать людей (Видео)

Оригами робот для капсульной эндоскопииКрошечный оригами робот вероятно сможет найти свое применение в такой области медицины, как капсульная эндоскопия. Благодаря ему возможно будет решить главную проблему капсульной эндоскопии - невозможность управлять капсулой.

Исследователи из Массачусетского технологического института (МТИ), Университета Шеффилда и Токийского технологического института в опытах на модели человеческого пищевода и желудка продемонстрировали новейшую разработку - крошечного оригами робота. Этот робот может разворачиваться из проглоченной капсулы и, под управлением внешнего магнитного поля, ползать по стенке желудка, при этом он способен удалить проглоченную дисковую батарейку или лечить раны.

Видео: Оригами робот удаляет дисковую батарейку из стенки желудка

Видео об оригами роботе скрыто ниже под розовым прямоугольником. Чтобы увидеть его, поделитесь, пожалуйста, этой статьей в социальных сетях с помощью кнопок внутри розового прямоугольника ниже (нажимайте на символ социальной сети, а не на цифру рядом с ним). После этого видео станет доступным.

{jllikelock}

{/jllikelock}

Новая работа, которую исследователи представили в мае 2016 на Международной конференции по робототехнике и автоматизации, опирается на огромный опыт по  созданию оригами роботов исследовательской группы Даниэлы Рус, Эндрю и Эрна Витерби.

"Очень интересно наблюдать, как наши маленькие оригами роботы делать что-то, что потенциально может быть очень важным для оказания помощи в медицине. Для применения внутри тела, нам нужна небольшая, управляемая, непривязанная роботизированная систему. На самом деле очень трудно поместить робота внутрь тела и управлять им, если робот присоединен к привязи в виде проводов".

Говорит Рус.

Предварительно нанесенные изгибы во внешних слоях оригами робота являются направляющими, по которым робот будет складываться, когда средний слой будет сокращаться.Исследователи из Массачусетского технологического института совместно с другими исследователями разработали крошечного оригами робота, который может разворачиваться из проглоченной капсулы и под управлением внешнего магнитного поля, ползать по стенке желудка. При этом он способен удалить проглоченную батарейку (самое опасное инородное тело, способное за считанные часы прожечь стенку желудка) или вылечить рану.

Хотя новый робот является преемником предыдущей версии, о которой сообщалось на той же конференции годом ранее, дизайн его корпуса значительно отличается. Как и его предшественник, он может двигаться вперед с помощью так называемого "прерывистого скольжения" (дословно «прилип-скользит). Также как и его предшественник - и как и ряд других роботов оригами из группы Рус - новый робот состоит из двух слоев конструкционного материала, которые как сэндвич покрывают специальную прослойку, которая способна сжиматься при нагревании. Предварительно нанесенные изгибы во внешних слоях являются направляющими, по которым робот будет складываться, когда средний слой будет сокращаться.

Трудности в проектировании медицинского оригами-робота

Предполагаемое использование робота в медицине также диктует множество структурных модификаций.

"Прерывистое скольжение работает только тогда, когда, во-первых, робот достаточно мал и, во-вторых, робот обладает достаточной жесткостью. В изначальном дизайне робот был гораздо более жестким, чем в новом, основанном на биосовместимых материалах." 

Говорит Гуитрон (Guitron).

Для компенсации относительной пластичности биосовместимого материала, исследователи должны были придумать дизайн, который требует меньшего количества складок. В то же время, сгибы робота увеличивают его жесткость вдоль определенных осей.

Но поскольку желудок наполнен жидкостями, робот не полностью полагаться на «прерывистое скольжение».

"В нашем расчете движение робота вперед является на 20 процентов результатом гребной тяги и на 80 процентов движение за счет прерывистого скольжения. В связи с этим мы активно использовали понятие и характеристики плавника в конструкции тела работа, который вы можете увидеть в относительно плоской конструкции."

Говорит Мияшита. 

Также необходимо иметь возможность сжать робота до такого размера, чтобы он мог поместиться внутрь капсулы, которую можно проглотить. Аналогичным образом, когда капсула растворяется, силы, действующие на робота должны были быть достаточно сильными, чтобы заставить его полностью раскрыться. В рамках процесса проектирования, который Гуитрон описывает как "в основном методом проб и ошибок", исследователи пришли к прямоугольным роботам сложенным в форме гармошки перпендикулярно длинной оси и защипнутыми углами, которые действуют как точки тяги.

В центре одного из передних складок гармошки находится постоянный магнит, который реагирует на изменение магнитного поля вне тела и, таким образом, происходит управление движениями робота. Силы, приложенные к роботу являются главным образом вращательными. Быстрое вращение приведет к его вращению на месте, но более медленное вращение заставит ее вращаться вокруг одной из его неподвижных ног. В экспериментах исследователей тот же магнит используется роботом для того, чтобы поднять дисковую батарею.

Свиные прецеденты с оригами роботом

Исследователи испробовали около дюжины различных вариантов структурного материала, прежде чем остановиться на подходящем варианте. Наиболее подходящим материалом оказались высушенные стенки кишечника свиньи которые обычно используются в качестве оболочек для колбасы.

"Мы потратили много времени на азиатских рынках и на рынке Чайнатауна в поисках материала,"

Говорит Ли.

Сокращающийся же слой представляет собой биоразлагаемую термоусадочную пленку, называемую Biolefin.

Для того, чтобы разработать свой синтетический желудок, исследователи купили желудок свиньи и испытали его механические свойства. Их модель представляет собой открытое поперечное сечение желудка и пищевода, созданное из силиконового каучука с теми же механическими свойствами. Смесь воды и лимонного сока имитирует желудочный сок.

Каждый год только в США регистрируется около 3500 проглоченных дисковых батареек. Часто, батарейка проходить через пищеварительный тракт без последствий, но если они вступают в длительный контакт с тканью пищевода или желудка, они могут привести к возникновению электрического потенциала, в результате  которого производится гидроксид, приводящий к сжиганию ткани. Мияшита использовал умную стратегию, чтобы убедить Рус, что удаление проглоченных дисковых батареек и лечение возникающих от них ран – отличное применение для их оригами робота.

"Шухей (Shuhei) купил кусок ветчины, и положил батарейку на нее. Через полчаса, батарейка полностью погрузилась в окорок. Это заставило меня понять, что, да, это важно. Если батарейка попала в Ваш организм, Вы действительно захотите ее как можно скорее извлечь".

Говорит Рус. 

"Эта концепция является одновременно очень творческий и очень практичной, и она решает клиническую проблему очень элегантным способом. Это одно из самых убедительных приложений оригами роботов, которые я видел."

Говорит Брэдли Нельсон, профессор робототехники в швейцарском Федеральном технологическом институте Цюриха. 

Ученые планируют дополнить робота сенсорами и изменить дизайн робота таким образом, чтобы он мог контролировать свои движения без использования внешнего магнитного поля. Возможно, это будет следующим шагом в эволюции капсульной эндоскопии.

Мы будем следить за разработками этой группы ученых и публиковать самые новые их достижения. Присоединяйтесь к нам в социальных сетях и не пропустите самые последние новости.

Капсульная эндоскопия в Facebook Капсульная эндоскопия Вконтакте Капсульная эндоскопия в Google+
Капсульная эндоскопия Пациенту Полезно знать Оригами робот будет спасать людей (Видео)