Исследователи из Университета штата Северная Каролина разработали инновационную технологию 3D-печати, которая позволяет создавать гибких оригами-роботов с «магнитными мышцами». Эти тончайшие приводы дают возможность конструкциям самостоятельно двигаться, складываться и разгибаться под действием магнитного поля.
Главная цель разработки — создание мягких, безопасных медицинских устройств, способных выполнять сложные задачи внутри организма без хирургического вмешательства.
Как это работает
Основой технологии стала комбинация эластичных полимеров и ферромагнитных частиц. Учёные использовали 3D-печать, чтобы создать сверхтонкую магнитную плёнку, которую можно прикрепить к складкам оригами-структуры.
При воздействии магнитного поля эта плёнка функционирует как миниатюрный привод — она изгибается, сжимается или разворачивается, заставляя всю конструкцию двигаться.
Как отмечает руководитель исследования Сяомэн Фан, традиционные магнитные приводы используют небольшие жёсткие магниты, прикрепляемые к поверхности робота. Новая методика позволяет наносить гибкие магнитные слои прямо на важные участки конструкции, не утяжеляя и не уменьшая рабочую поверхность.
Одним из первых применений технологии стал микроробот для доставки лекарств при лечении язв желудка. Он выполнен по схеме складывания Miura-Ori и может быть проглочен в сложенном виде. После попадания в нужную область магнитное поле разворачивает его и запускает контролируемое высвобождение лекарства.
Почему это важно
Во время испытаний в лабораторной среде, имитирующей желудок, робот успешно доставлял медикаменты к «язве», точно разворачиваясь в нужной точке. Гибкие магнитные мышцы помогали устройству оставаться на месте и действовать без вреда для тканей.
Главным прорывом стала возможность повысить концентрацию ферромагнитных частиц в мягком материале. Ранее это было невозможно из-за того, что ультрафиолет, используемый для отверждения эластомера, не проникал через слишком тёмную смесь. Учёные решили проблему, добавив нагревательную пластину — это позволило увеличить количество частиц и, соответственно, мощность магнитного отклика.
Используя ту же технологию, команда также создала «ползущего» оригами-робота, способного перемещаться по поверхности и преодолевать препятствия высотой до 7 миллиметров. При включении и выключении магнитного поля робот чередует сокращения и расслабления, двигаясь вперёд по принципу шага.
Такие конструкции могут адаптироваться к разным типам поверхностей — включая песок — а скорость их движения регулируется силой и частотой магнитного поля.
По словам Фан, магнитные оригами-актуаторы открывают путь к множеству приложений: от малоинвазивной медицины до роботизированных систем, способных исследовать экстремальные условия, включая космос.
Исследование под названием опубликовано в журнале Advanced Functional Materials.
