Il rendering amplificato degli aquabot. La micrografia nell'angolo in basso a sinistra è la forma piegata "σ" dell'aquabot. La micrografia nell'angolo in alto a destra rappresenta le strutture compartimentali dell'aquabot. Ristampato con il permesso di {Zhu, Shipei, et al. "Aquabot". ACS nano (2022).} Copyright {2022} American Chemical Society.
Negli ultimi anni, i robotici hanno sviluppato un'ampia varietà di sistemi robotici con diverse strutture e capacità del corpo. La maggior parte di questi robot sono realizzati con materiali duri, come metalli, o materiali morbidi, come silicone e materiali gommosi.
I ricercatori dell'Università di Hong Kong (HKU) e del Lawrence Berkeley National Laboratory hanno recentemente creato Aquabots, una nuova classe di robot morbidi costituiti principalmente da liquidi. Poiché la maggior parte dei sistemi biologici è costituita prevalentemente da acqua o altre soluzioni acquose, i nuovi robot, introdotti in un documento pubblicato su ACS Nano , potrebbe avere applicazioni biomediche e ambientali di grande valore.
"Siamo stati impegnati nello sviluppo di assemblaggi interfacciali adattivi di materiali all'interfaccia olio-acqua e acqua-acqua utilizzando nanoparticelle e polielettroliti", hanno detto a TechXplore Ho Cheung (Anderson) Shum, Thomas P. Russell e Shipei Zhu via e-mail. "La nostra idea era di assemblare i materiali che l'interfaccia e gli assiemi bloccano nelle forme dei liquidi. Le forme sono dettate utilizzando forze esterne per generare forme arbitrarie o utilizzare la stampa 3D interamente liquida per essere in grado di organizzare spazialmente gli assiemi. "
Shum, Russell, Zhu e i loro colleghi hanno accoppiato tecniche di stampa 3D completamente liquide con assiemi a due fasi acquosi (ATPS), strategie per l'assemblaggio di strutture 3D, per realizzare costrutti artificiali che imitano i sistemi biologici. Gli ATPS sono un'area chiave di interesse per il gruppo di ricerca dell'HKU guidato dal professor Shum.
L'idea per il recente articolo è nata quando Zhu, uno studente laureato all'HKU all'epoca, iniziò a riflettere sulla possibilità di integrare nanoparticelle magnetiche nei sistemi di assemblaggio ATPS. Ciò consentirebbe loro di dirigere il movimento dei costrutti ATPS utilizzando campi magnetici esterni, che produrrebbero sistemi robotici ultra morbidi, flessibili e che possono essere adattati per funzioni specifiche.
"Il nostro articolo è il culmine del duro lavoro di Zhu", hanno detto Shum e Russell. "I robot soft attuali sono realizzati per materiali come i poli(dimetilsilossani) che sono ottimi per la flessibilità ma hanno dei limiti, come la misura in cui è possibile comprimerli. Funzionalizzarli con funzioni chimiche specifiche è importante per la cattura e la consegna dei materiali, ma è difficile. Gli Aquabot superano questi limiti."
I robot introdotti da questo team di ricercatori sono stati assemblati in ambienti acquosi. Ciò significa che possono operare in ambienti acquosi e possono anche essere adattati per completare compiti specifici utilizzando composti idrosolubili.
"Gli Aquabot creano nuove opportunità per replicare materiali e caratteristiche di ispirazione biologica, come la permeabilità dinamica e la compartimentazione", hanno affermato Russell e Zhu. "I robot sono completamente acquosi, con acqua all'interno e acqua all'esterno. Sono facilmente funzionalizzabili per essere biocompatibili, quindi non è difficile immaginare bioapplicazioni, cioè all'interno del corpo, dove tali costrutti potrebbero essere utili."
Le strutture Aquabot introdotte nel recente articolo del team sono molto semplici, in quanto sono un prototipo che dimostra come potrebbero essere assemblate. In futuro, tuttavia, lo stesso processo potrebbe essere utilizzato per creare strutture più complesse in grado di affrontare compiti più avanzati.
"Il nostro studio dimostra la capacità di costruire robot e condurre funzioni robotiche basate sulla fabbricazione acquosa e ispira la progettazione di robot acquosi simili per applicazioni, come la micromanipolazione biomedica", hanno affermato Shum, Russell e Zhu. "Immagina di avere una semplice struttura tubolare con funzionalità integrate che ti permetterebbero di fabbricare una struttura specifica nel corpo, un robot autoassemblante che potrebbe far passare le parti attraverso canali molto stretti in uno scomparto più grande dove le parti morbide e flessibili potrebbero quindi autoassemblare per eseguire un'attività, quindi smontare e rimuovere "
In futuro, Aquabots potrebbe aprire interessanti possibilità per numerose applicazioni biomediche e ambientali del mondo reale. Ad esempio, potrebbero essere utilizzati per somministrare farmaci in posizioni specifiche all'interno del corpo umano, per ingegnerizzare biologicamente i tessuti umani e per svolgere artificialmente le funzioni di specifici sistemi biologici.
"Stiamo ora tentando di incorporare un idrogel all'interno dell'assemblaggio dei robot, in modo da poter ottenere cambiamenti di forma completamente reversibili", ha aggiunto Shum. "Nei nostri prossimi lavori, varrebbe anche la pena esaminare altre proprietà e funzioni abilitate dalla piattaforma Aquabot, oltre alla manipolazione meccanica proof of concept e alle reazioni chimiche dimostrate nel documento. Sarebbe interessante combinare questo con altri microfluidici e approcci robotici per nuove applicazioni." + Esplora ulteriormente
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