Ρομπότ-οριγκάμι με μαγνητικούς «μύες»: Η νέα τεχνολογία που υπόσχεται να θεραπεύει το σώμα από μέσα

Το οριγκάμι και η ρομποτική φαίνονται δύο εντελώς διαφορετικοί κόσμοι: ο πρώτος καλλιτεχνικός και λεπτεπίλεπτος, ο δεύτερος μηχανικός και ακριβής. Κι όμως, ερευνητές από το North Carolina State University κατάφεραν να τους ενώσουν με έναν ευφάντααστο δημιουργώντας μικροσκοπικά ρομπότ που μπορούν να διπλωθούν, να κινηθούν και να εκτελέσουν ιατρικές αποστολές μέσα στο ανθρώπινο σώμα, σαν να είχαν δική τους ζωή.

Η κεντρική ιδέα αυτής της καινοτομίας βρίσκεται ένα εξαιρετικά λεπτό μαγνητικό φιλμ, ένα είδος τεχνητού «μυός» που έχει δημιουργηθεί με 3D εκτύπωση. Αυτό το φιλμ δίνει στα εύκαμπτα ρομπότ τη δυνατότητα να κινούνται υπό την επίδραση εξωτερικών μαγνητικών πεδίων, χωρίς να χρειάζονται καλώδια ή μπαταρίες. Το αποτέλεσμα είναι ένα είδος «ζωντανού» μηχανισμού, που μπορεί να λυγίζει, να τεντώνεται ή να συστέλλεται με εντυπωσιακή ακρίβεια.

Η τεχνική βασίζεται σε ένα μείγμα από μαλακά ελαστομερή (υλικά παρόμοια με το καουτσούκ) και σωματίδια σιδηρομαγνητικών μετάλλων. Μαζί, αυτά τα στοιχεία δημιουργούν μια υπέρλεπτη μαγνητική μεμβράνη που, όταν τοποθετηθεί πάνω σε μια δομή οριγκάμι, της επιτρέπει να κινείται σχεδόν όπως ένας βιολογικός μυς. Σε αντίθεση με άλλες προσεγγίσεις που χρησιμοποιούν άκαμπτους μαγνήτες, η νέα τεχνολογία δεν περιορίζει την ευελιξία ούτε μειώνει την ωφέλιμη επιφάνεια του ρομπότ.

Αν και η εφαρμογή της μεθόδου αυτής μπορεί να επεκταθεί σε πολλούς τομείς, ο κύριος στόχος των ερευνητών ήταν εξαρχής ιατρικός: η δημιουργία ενός μικρορομπότ ικανού να απελευθερώνει φάρμακα με ακρίβεια μέσα στο σώμα. Για τον σκοπό αυτό, σχεδίασαν ένα ρομπότ βασισμένο στο μοντέλο Miura-Ori, μια γνωστή γεωμετρία οριγκάμι που επιτρέπει τη συμπίεση και την ακριβή επαναφορά του υλικού.

Η λειτουργία του είναι τόσο απλή όσο και εντυπωσιακή: το ρομπότ μπορεί να καταποθεί σε διπλωμένη, συμπαγή μορφή και, όταν φτάσει στο επιθυμητό σημείο του οργανισμού, να ξεδιπλωθεί ώστε να απελευθερώσει το φάρμακο. Σε εργαστηριακές δοκιμές, οι ερευνητές προσομοίωσαν ένα ανθρώπινο στομάχι χρησιμοποιώντας μια σφαίρα γεμάτη με ζεστό νερό. Υπό την καθοδήγηση μαγνητικών πεδίων, το μικρορομπότ κατάφερε να εντοπίσει μια περιοχή που αντιπροσώπευε έλκος, να απελευθερώσει το φάρμακο και να παραμείνει σταθερό στο σημείο, αποδεικνύοντας έτσι τη δυνατότητά του για στοχευμένες θεραπείες.

Για να επιτευχθεί αυτή η ακρίβεια, η ομάδα ανέπτυξε μια πρωτοποριακή διαδικασία κατασκευής: έναν συνδυασμό 3D εκτύπωσης και θερμικής επεξεργασίας πάνω σε μεταλλική πλάκα. Αυτή η τεχνική επιτρέπει την ενσωμάτωση πολύ μεγαλύτερης ποσότητας μαγνητικών σωματιδίων απ’ ό,τι συνήθως, με αποτέλεσμα αυξημένη μαγνητική ισχύ. Αυτή η «ενισχυμένη» μαγνητική δύναμη είναι κρίσιμη για να αντιδρούν οι ρομποτικοί μηχανισμοί με ακρίβεια στα εξωτερικά πεδία και να κινούνται με φυσικότητα.

Η ομάδα, ωστόσο, δεν σταμάτησε εκεί. Εφαρμόζοντας την ίδια τεχνολογική αρχή, δημιούργησε και ένα άλλο πρωτότυπο, ένα μικρό ρομπότ-οριγκάμι που μπορεί να «σέρνεται» σε διαφορετικές επιφάνειες. Στα πειράματα, το ρομπότ αυτό απέδειξε ότι μπορεί να υπερπηδά εμπόδια έως και επτά χιλιοστών και να κινείται ακόμη και πάνω σε αμμώδες έδαφος. Η κίνησή του θυμίζει την ερπυστική κίνηση μιας κάμπιας: εναλλαγή συστολών και διαστολών που προκαλούνται από το μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο.

Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Advanced Functional Materials, ανοίγει τον δρόμο για μια νέα γενιά «μαλακών» ρομπότ, ικανών να προσαρμόζονται, να λυγίζουν και να αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους με τρόπους που μέχρι τώρα ήταν αδιανόητοι. Αυτά τα συστήματα συνδυάζουν τη μηχανική ακρίβεια με την ευελιξία των βιολογικών οργανισμών, ένα είδος μηχανικής ζωής που, σε κάποιο βαθμό, μπορεί να «θεραπεύει» ή να βοηθά τον ανθρώπινο οργανισμό από μέσα.

Αν και η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη στα πρώτα της βήματα, οι προοπτικές είναι τεράστιες. Από στοχευμένες θεραπείες σε εσωτερικά όργανα μέχρι μικροεπεμβάσεις χωρίς νυστέρι, τα ρομπότ-οριγκάμι θα μπορούσαν να επαναπροσδιορίσουν τον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε την ιατρική τεχνολογία. Πέρα όμως από την ιατρική, τέτοιες κατασκευές ίσως βρουν εφαρμογές και σε περιβάλλοντα όπου η ανθρώπινη παρουσία είναι αδύνατη, από την εξερεύνηση μικροσκοπικών μηχανικών δομών μέχρι αποστολές σε άλλους πλανήτες.

[source]