Исследователи из Эйндховена разработали мягкую роботизированную «руку», сделанную из жидких кристаллов и графена, которую можно использовать для создания будущих хирургических роботов. Новая работа только что была опубликована в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

В наших больницах будущего мягкие роботы могут использоваться в качестве хирургических роботов. Но прежде чем это произойдет, исследователям необходимо выяснить, как точно управлять и перемещать этих деформируемых роботов. Вдобавок к этому, многие современные мягкие роботы содержат металлы, а это означает, что их использование в средах, богатых водой, таких как человеческое тело, довольно ограничено.

Исследователи TU/e ​​под руководством доктора философии. кандидат Лаура ван Хазендонк, Зафейрис Халил (в рамках его магистерского исследования), Майкл Дебиже и Хайнер Фридрих разработали мягкую роботизированную руку или захват, сделанный из графена и жидких кристаллов (оба органических материала). Это открывает возможности для потенциального и безопасного использования такого устройства в операциях в будущем.

Роботы оказывают огромное влияние на наш мир. Например, в промышленности роботы строят автомобили и телевизоры. В больницах роботы, такие как роботизированная хирургическая система да Винчи, помогают хирургам и позволяют проводить минимально инвазивные операции. А у некоторых из нас даже есть роботы, которые пылесосят дома.

«Общество стало зависимым от роботов, и мы придумываем новые способы их использования», — говорит Ван Хазендонк, доктор философии. научный сотрудник кафедры химической технологии и химии. «Но при разработке новых способов их использования нам нужно подумать об использовании разных типов материалов для их изготовления».

Думая мягко

Различные материалы, о которых говорит Ван Хазендонк, — это жидкости, гели и эластичные материалы, которые легко деформируются. «Обычно роботы изготавливаются из металлов, которые являются жесткими и твердыми. Но в некоторых случаях роботы, изготовленные из твердых и жестких материалов, ограничивают производительность робота», — говорит Ван Хазендонк. «Решение состоит в том, чтобы мыслить мягко».

Цель мягкой робототехники — создать роботов из таких материалов, как жидкости или гели, которые могут деформироваться в определенных ситуациях, а затем действовать как роботы, сделанные из традиционных жестких и твердых материалов.

Одной из областей, в которой мягкие роботы, похоже, окажут большое влияние, являются хирургические процедуры. Ван Хазендонк добавляет: «Для хирурга многие операции могут быть сложными и деликатными и поэтому требуют от хирурга точной ловкости. Иногда это просто невозможно, и они обращаются к роботам.

«Но жесткие роботы также не смогут легко получить доступ к некоторым областям. Именно здесь мягкие роботы могут выйти на передний план, и наша цель состояла в том, чтобы предложить потенциальную новую руку помощи для использования, например, при зажиме и сшивании использованных устройств в хирургических операциях».

Обращаясь к Нобелевским материалам

Для своего исследования Ван Хазендонк и ее коллеги решили использовать другой тип деформируемого материала — жидкие кристаллы — вместе с графеном, чтобы создать мягкое захватное устройство или «руку» с четырьмя управляемыми и деформируемыми «пальцами».

Любопытно, что и жидкие кристаллы, и графен прямо или косвенно связаны с Нобелевскими премиями по физике за последние 30 лет или около того. Еще в 1991 году Пьер-Жиль де Женн получил премию за свою работу о порядке в сложной материи, например в жидких кристаллах. А в 2010 году Андре Гейм и Константин Новоселов получили премию за работу над графеном — сверхпрочным материалом, который к тому же прозрачен и является эффективным проводником электричества и тепла.

«Жидкий кристалл ведет себя как жидкость или твердое тело в зависимости от того, как он возбужден или возмущен. Когда он течет, он ведет себя как жидкость. Но в особых ситуациях молекулы в жидкости могут располагаться, создавая регулярный узор или структуру, например, кристалл, который можно увидеть в твердом материале под мощным микроскопом», — объясняет Ван Хазендонк. «Способность жидкокристаллических материалов вести себя подобным образом идеальна, когда дело доходит до создания мягких роботов».