От игрушки к средству точечного лечения

От игрушки к средству точечного лечения

Выпуск 12(6686) от 20 июня 2019 г.
РУБРИКА: РОБОТОТЕХНИКА

Новые робототехнические средства иногда появляются на основе самых неожиданных сочетаний. Исследователи Инженерной школы Тейера при Дартмутском колледже (г. Хановер, шт. Нью-Хэмпшир, США) и Городского университета Гонконга (КНР), используя принципы создания игрушек-трансформеров и биотехнологии, разработали плавающего мягкого робота с управляемым светом клеточным двигателем для точечной доставки лекарств к раковым клеткам.

Мягкий робот с возможностью запуска и остановки был создан при помощи клеточной инженерии и 3D-печати с использованием светочувствительного геля. Прибор меняет форму под воздействием проникающего сквозь кожу излучения ближней ИК-области спектра (30–3000 мкм) и предназначен для введения в кровоток человека.

Давно известно, что живые организмы меняют свою форму для выполнения определенных действий. Новое исследование является частью продолжительных усилий по разработке роботов, имитирующих подобное трансформационное поведение. Для достижения требуемой рабочей эффективности роботы нового поколения должны характеризоваться крайне малой потребляемой мощностью, а также способностью реагировать на разные виды энергии – ​свет, тепло и т. д. – ​и получать от них питание.

Разработчики сосредоточили основные усилия на создании плавно меняющего свою форму прибора, который мог бы начинать и останавливать движение по команде. Большинство существующих систем управляется с помощью колебаний температуры, в силу чего их использование в организме человека представляется затруднительным из-за почти постоянной температуры человеческого тела. Выбор светового излучения позволил создать более функциональный прибор, которым можно управлять с высокой точностью.

Движение робота регулируется хвостовым плавником и имитирует способ плавания китов. Основа прибора, созданная при помощи 3D-печати в форме самолетика, покрыта клетками сердечной мышцы (см. рисунок). Аналогично тому, как кардиомицеты заставляют непрерывно биться сердце, они обеспечивают волнообразное движение прибора. Для управления движением на крылья робота нанесен светочувствительный гидрогель. В отсутствие света крылья разворачиваются, позволяя кардиомицетам продвигать прибор вперед. Под воздействием света «самолетик» сворачивает крылья, клетки сердечной мышцы продолжают работать, но не могут преодолеть сопротивление, и робот останавливается.



Источник: Городской университет Гонконга

Дистанционно управляемый мягкий робот-трансформер, предназначенный для адресной доставки лекарств к раковым клеткам


Высокая чувствительность робота к излучению в ближней ИК-области спектра обеспечивает практически мгновенную трансформацию формы крыла, что означает высокую маневренность. В ходе исследования прибор использовали для адресной доставки лекарств к раковым клеткам, отправив точные дозы лекарств непосредственно на место назначения. Успешная реализация трансформационной концепции открывает путь потенциальным разработкам интеллектуальных биогибридных робототехнических систем следующего поколения. Биогибридные роботы могут иметь различные размеры – ​от нескольких миллиметров до десятков сантиметров. Такая масштабируемость обеспечивает им хорошую гибкость для выполнения задач, связанных с навигацией и наблюдением в сложных условиях.

Сотрудники Городского университета Гонконга создали первоначальную конструкцию робота и провели экспериментальное тестирование. Специалисты из Дартмута осуществили механический и численный анализ и предложили определенные изменения размера и формы конструкции. На следующем этапе предполагается добиться возможности раздельного воздействия светового излучения на каждое крыло. Это обеспечит еще бЧльшую точность управления.

 

Toy Transformers and Real-Life Whales Inspire Biohybrid Robot. Dartmouth College, May 15, 2019: https://www.dartmouth.edu/press-releases/toy-transformers-real-life-whales-inspire-biohybrid-robot.html


МНЕНИЕ ЭКСПЕРТА

Никита Куликов

Ключевыми технологиями ближайших 5–10 лет называют искусственный интеллект, большие данные и Интернет вещей. Именно вопрос появления подключенных устройств, генерирующих огромный массив полезной информации и обменивающихся ею с другими устройствами в режиме реального времени, будет означать полноценную трансформацию нашего постиндустриального общества к тем принципам, которые мы сейчас называем Индустрией 4.0.

Рассматриваемое исследование Кембриджского университета по объединению беспилотного транспорта в одну «живую» сеть подтверждает теорию о том, что осмысленное движение намного эффективнее хаотичного. И такой своеобразный умный рой беспилотников, по аналогии с миром насекомых, будет выполнять свои задачи гораздо эффективнее не только автомобилей с людьми-водителями, но и тех же беспилотных автомобилей, но не соединенных в одну экосистему и не имеющих возможности прямого обмена данными.

Разумеется, одних испытаний в тепличных условиях недостаточно, и помимо вопроса взаимодействия беспилотников между собой будет появляться и множество побочных задач: применение единого стандарта обмена информацией и координации действий беспилотников; создание умной инфраструктуры, в том числе и умных дорог, которые будут способствовать обмену информацией и выступать гарантом безопасности применения беспилотников, работая в формате дублирующих систем; строительство не только умной инфраструктуры, но и отдельных дорог, на которые доступ не беспилотных автомобилей будет запрещен.

Основной проблемной точкой данной технологии является необходимость обеспечения постоянного подключения устройств, так как при потере сигнала часть данных может быть утеряна и не передана корректно, что в свою очередь разрушит всю схему применения такого умного роя. Технология передачи данных 5G, возможно, решила бы данный вопрос. Но в то же время работа над созданием устойчивого сигнала повсеместно, где будет применяться такая умная технология контроля беспилотного транспорта, станет всего лишь очередной задачей, которую предстоит решить на пути к созданию мира будущего.


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ