Ученые Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл создали инновационных мягких роботов, оснащенных электронной кожей и искусственными мышцами, которые позволяют им чувствовать окружающую среду и адаптировать свои движения в режиме реального времени, говорится в статье под названием «Skin-Inspired, Sensory Robots for Electronic». Имплантаты» в журнале Nature Communications.

В своих исследованиях роботы призваны имитировать взаимодействие мышц и кожи у животных, что делает их более эффективными и безопасными для использования внутри тела. Электронная кожа объединяет различные чувствительные материалы, такие как серебряные нанопроволоки и проводящие полимеры, в гибкой основе, очень напоминающей сложные сенсорные функции настоящей кожи.

«Эти мягкие роботы могут выполнять различные хорошо контролируемые движения, включая изгиб, расширение и скручивание внутри биологической среды», — сказал Линь Чжан, первый автор статьи и научный сотрудник кафедры прикладных физических наук Каролины. «Они созданы для мягкого прикрепления к тканям, снижения стресса и потенциального повреждения. Вдохновленные природными формами, такими как морские звезды и стручки, они могут трансформировать свои структуры для эффективного выполнения различных задач».

Эти функции делают мягких сенсорных роботов легко адаптируемыми и полезными для улучшения медицинской диагностики и лечения. Они могут менять форму, чтобы соответствовать органам для лучшего восприятия и лечения ; способны осуществлять непрерывный мониторинг внутренних состояний, таких как объем мочевого пузыря и артериальное давление; предоставлять лечение, такое как электростимуляция , на основе данных в реальном времени ; и его можно проглатывать для мониторинга и лечения заболеваний желудка.

Проглатываемый робот, способный находиться в желудке, называемый тера-гриппером, может контролировать уровень pH и доставлять лекарства в течение длительного периода, улучшая результаты лечения желудочно-кишечных заболеваний. Тера-гриппер также можно аккуратно прикрепить к бьющемуся сердцу, непрерывно контролируя электрофизиологическую активность, измеряя сокращение сердца и обеспечивая электрическую стимуляцию для регулирования сердечного ритма.

Роботизированный захват, предназначенный для обертывания мочевого пузыря человека, может измерять его объем и обеспечивать электрическую стимуляцию для лечения сверхактивного человека, улучшая уход за пациентом и эффективность лечения. Роботизированная манжета, которая обвивает кровеносный сосуд, может точно измерять артериальное давление в режиме реального времени, предлагая неинвазивное и точное решение для мониторинга.

«Испытания на мышах продемонстрировали способность терапевтического захвата эффективно выполнять эти функции, демонстрируя его потенциал в качестве сердечного имплантата следующего поколения», — сказал Чжан.

Лаборатория Бай сотрудничала в исследовании с исследователями факультета биологии Университета Северной Каролины-Чапел-Хилл; Департамент биомедицинской инженерии; химический факультет; Объединенный отдел биомедицинской инженерии и Института сердца Макаллистера; Государственный университет Северной Каролины; и Школа биомедицинской инженерии Уэлдона при Университете Пердью.

Успех исследователей в моделях на живых животных предполагает многообещающее будущее этих роботов в реальных медицинских приложениях, потенциально революционизирующих лечение хронических заболеваний и улучшающих результаты лечения пациентов.

«Этот инновационный подход к проектированию роботов не только расширяет сферу применения медицинских устройств, но и подчеркивает потенциал будущих достижений в синергическом взаимодействии между мягкими имплантируемыми роботами и биологическими тканями», — сказал Вубин Бай, главный исследователь исследования и доцент Каролины. «Мы стремимся к долгосрочной биосовместимости и стабильности в динамичных физиологических средах».