Łuskowiec w żyle? Taki jest plan

Te przesympatyczne, a zarazem dziwne zwierzęta kojarzą się nam ostatnio źle. Jeszcze do niedawna były oskarżane o przeniesienie wirusa COVID-19 na ludzi. W Wietnamie i Chinach uchodzą za przysmak. Tymczasem ich zwinne, choć pokryte twardymi łuskami ciało stało się inspiracją dla innowatorów w medycynie

Naukowcy z Instytutu Inteligentnych Systemów Maxa Plancka w Stuttgarcie opracowali sterowanego magnetycznie miękkiego robota medycznego o unikalnej, elastycznej strukturze inspirowanej ciałem łuskowca. Robotem można swobodnie poruszać pomimo wbudowanych elementów z twardego metalu. Zatem w zależności od pola magnetycznego może on dostosować swój kształt, aby móc się poruszać, a w razie potrzeby może emitować ciepło, umożliwiając takie funkcje, jak selektywny transport i uwalnianie ładunku.

Łuskowce to fascynujące stworzenia. Zwierzę to wygląda jak chodząca szyszka, gdyż jest jedynym ssakiem całkowicie pokrytym twardymi łuskami. Łuski zbudowane są z keratyny, podobnie jak nasze włosy i paznokcie. Łuski zachodzą na siebie i są bezpośrednio połączone z leżącą pod spodem miękką warstwą skóry. To specjalne rozwiązanie pozwala zwierzętom zwinąć się w kłębek w razie niebezpieczeństwa.

Bez problemu zwijają się w kulkę

Chociaż łuskowce mają wiele innych unikalnych cech, badacze z Zakładu Inteligencji Fizycznej w Instytucie Inteligentnych Systemów Maxa Plancka w Stuttgarcie, kierowany przez prof. dr Metina Sitti, byli szczególnie zafascynowani tym, jak łuskowce mogą zwijać swoje pokryte łuskami ciała błyskawicznie. Wzięli za model zwierzę i opracowali elastycznego robota wykonanego z miękkich i twardych komponentów, który podobnie jak zwierzę w mgnieniu oka staje się kulą – z dodatkową funkcją, że robot może w razie potrzeby emitować ciepło.

W artykule badawczym opublikowanym w Nature Communications 20 czerwca 2023 r. pierwszy autor Ren Hao Soon i jego współpracownicy przedstawiają projekt robota, który ma nie więcej niż dwa centymetry długości i składa się z dwóch warstw: miękkiej warstwy wykonanej z polimeru wysadzanej małymi magnesami cząstki oraz twardy element wykonany z elementów metalowych ułożonych w nakładających się na siebie warstwach. Zatem chociaż robot jest wykonany z solidnych elementów metalowych, nadal jest miękki i elastyczny, dzięki czemu można go używać wewnątrz ludzkiego ciała.

Kiedy robot zostanie wystawiony na działanie pola magnetycznego o niskiej częstotliwości, badacze mogą go zwinąć i przesuwać w przód i w tył, według własnego uznania. Metalowe elementy wystają niczym łuski zwierzęcia, nie raniąc otaczających tkanek. Po zwinięciu robot może transportować cząstki takie jak leki. Wizja jest taka, że ​​pewnego dnia taka mała maszyna będzie podróżować na przykład przez nasz układ trawienny.

Podwójnie użyteczny: swobodnie mobilny i ciepły

Gdy robot zostanie wystawiony na działanie pola magnetycznego o wysokiej częstotliwości, dzięki wbudowanemu metalowi nagrzewa się do ponad 70 ^o C. Energię cieplną wykorzystuje się w kilku procedurach medycznych, takich jak leczenie zakrzepicy, tamowanie krwawienia i usuwanie tkanki nowotworowej. 

Roboty poruszające się swobodnie, mimo że są wykonane z twardych elementów, takich jak metal, a także mogą emitować ciepło, są rzadkością. Dlatego robot łuskowiec jest uważany za obiecujący dla współczesnej medycyny. Pewnego dnia może w minimalnie inwazyjny i delikatny sposób dotrzeć nawet do najwęższych i najbardziej wrażliwych obszarów ciała i w razie potrzeby emitować ciepło. To jest wizja przyszłości. Już dziś na filmie badacze pokazują, jak można elastycznie sterować robotem przez tkanki zwierzęce i sztuczne narządy.

Więcej informacji dotyczących badań znajduje się TU

Zdjęcie zajawka: Domena Publiczna CC BY-SA 4.0, grafika w tekście: nature.com