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Il MIT rivela il robot di origami di Ingestible

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negli esperimenti che comprendono una simulazione dell'esofago e dello stomaco umani, i ricercatori al MIT, l'università di Sheffield e l'istituto di tecnologia di Tokyo hanno dimostrato un robot minuscolo di origami che può spiegarsi da una capsula inghiottita e, diretto dai campi magnetici esterni, da un movimento strisciante attraverso la parete di stomaco per rimuovere una batteria inghiottita del bottone o per rattoppare una ferita.

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Il lavoro recente, che i ricercatori stanno presentando questa settimana alla conferenza internazionale su robotica e su automazione, le configurazioni su una sequenza lunga delle carte sui robot di origami dal gruppo di ricerca di Daniela Rus, il Andrew e ad Erna Viterbi Professor nel dipartimento del MIT di elettrotecnico e dell'informatica.

«È realmente emozionante vedere i nostri piccoli robot di origami fare qualcosa con le applicazioni importanti potenziali alla sanità,» dice Rus, che inoltre dirige il laboratorio dell'informatica del MIT e di intelligenza artificiale (CSAIL). «Per le applicazioni dentro il corpo, abbiamo bisogno di piccolo, sistema automatico controllabile e untethered. È realmente difficile da controllare e disporre un robot dentro il corpo se il robot è attaccato ad una cavezza.»

Rus aderente sulla carta è primo Shuhei Miyashita autore, che era un postdoc a CSAIL quando il lavoro ora è stato fatto ed è un conferenziere nell'elettronica all'università di York, in Inghilterra; Steven Guitron, un dottorando in ingegnere meccanico; Shuguang Li, un postdoc di CSAIL; Kazuhiro Yoshida dell'istituto di tecnologia di Tokyo, che stava visitando il MIT sull'anno sabbatico quando il lavoro è stato fatto; e Dana Damian dell'università di Sheffield, in Inghilterra.

Sebbene il nuovo robot sia un successore ad uno riferito l'anno scorso alla stessa conferenza, la progettazione del suo corpo è significativamente differente. Come il suo predecessore, può azionarsi facendo uso di che cosa è chiamato un moto «di bastone-slittamento», in cui i suoi annessi attaccano ad una superficie con attrito quando esegue un movimento, ma slittamento libero ancora quando il suo corpo flette per cambiare la sua distribuzione del peso.

Inoltre come il suo predecessore — e come parecchi altri robot di origami dal gruppo di Rus — il nuovo robot consiste di due strati di materiale strutturale che interpongono un materiale che si restringe una volta riscaldato. Un modello delle fessure negli strati esterni determina come il robot piegherà quando i contratti medi di strato.

Differenza materiale

L'uso preveduto del robot inoltre ha dettato una miriade di modifiche strutturali. «lo Bastone-slittamento funziona soltanto quando, uno, il robot è abbastanza piccolo e, due, il robot è abbastanza rigido,» dice Guitron. «Con la progettazione originale di Mylar, era molto più rigido di nuova progettazione, che è basata su un materiale biocompatibile.»

Per compensare la malleabilità relativa del materiale biocompatibile, i ricercatori hanno dovuto fornire una progettazione che ha richiesto meno fessure. Allo stesso tempo, i popolare del robot aumentano la sua rigidezza lungo determinate asce.

Ma perché lo stomaco è riempito di liquidi, il robot non conta interamente su moto di bastone-slittamento. «Nel nostro calcolo, 20 per cento di movimento in avanti sono dalla spinta acqua d'azionamento — e 80 per cento sono tramite moto di bastone-slittamento,» dice Miyashita. «In questo senso, attivamente abbiamo introdotto ed applicato il concetto e le caratteristiche dell'aletta alla progettazione del corpo, che potete vedere nella progettazione relativamente piana.»

Anche ha dovuto essere possibile comprimere il robot abbastanza che potrebbe adattarsi dentro una capsula per inghiottire; similmente, quando la capsula si è dissolta, le forze che agiscono sul robot hanno dovuto essere abbastanza forti indurrlo completamente a spiegare. Con un processo di progettazione che Guitron descrive come «principalmente approssimazioni successive,» i ricercatori sono arrivato ad un robot rettangolare con il perpendicolare dei popolare di fisarmonica al suoi asse lungo ed angoli pizzicati che fungono da punti di trazione.

Nel centro di uno dei popolare di fisarmonica di andata è un magnete permanente che risponde ai campi magnetici cambianti fuori del corpo, che controllano il moto del robot. Le forze si sono applicate al robot sono principalmente rotazionali. Una rotazione rapida le renderà la rotazione sul posto, ma una rotazione più lenta la indurrà ad imperniare intorno uno dei suoi piedi fissi. Negli esperimenti dei ricercatori, il robot utilizza lo stesso magnete per prendere la batteria del bottone.

Precedenti porcini

I ricercatori hanno verificato circa dozzina possibilità differenti a materiale strutturale prima della sistemazione sul tipo di intestino secco del maiale utilizzato negli involucri di salsiccia. «Abbiamo speso molto tempo ai mercati asiatici ed il mercato di Chinatown che cerca i materiali,» Li dice. Lo strato restringente è gli strizzacervelli che biodegradabili l'involucro ha chiamato Biolefin.

Per progettare il loro stomaco sintetico, i ricercatori hanno comprato uno stomaco del maiale ed hanno verificato le sue proprietà meccaniche. Il loro modello è una sezione trasversale aperta dello stomaco e l'esofago, ha modellato da una gomma di silicone con lo stesso profilo meccanico. Una miscela del succo di limone e dell'acqua simula i liquidi acidi nello stomaco.

Ogni anno, 3.500 batterie inghiottite del bottone sono riferite negli Stati Uniti da solo. Frequentemente, le batterie si digeriscono normalmente, ma se entr inare contatto prolungato con il tessuto dell'esofago o dello stomaco, possono causare una corrente elettrica che produce l'idrossido, che brucia il tessuto. Miyashita ha impiegato una strategia abile per convincere Rus che la rimozione delle batterie inghiottite del bottone e del trattamento delle ferite conseguenti fosse un'applicazione coercitiva del loro robot di origami.

«Shuhei ha comprato un pezzo di prosciutto ed ha messo la batteria sul prosciutto,» Rus dice. «In mezz'ora, la batteria completamente è stata sommersa nel prosciutto. In modo che mi inciti a rend contoere che, sì, questo è importante. Se avete una batteria nel vostro corpo, realmente lo volete appena possibile fuori.»

«Questo concetto è sia altamente creativo che altamente pratico e risponde ad un bisogno clinico in un modo elegante,» dice Bradley Nelson, un professore di robotica al Politecnico federale di Zurigo svizzero. «È una delle applicazioni più in modo convincente dei robot di origami che ho visto.»