Vật liệu thông minh mang lại "sự sống" cho robot mềm nhỏ

Những robot này dài tối đa 1 cm, tương thích sinh học và không độc hại. Các robot được làm bằng vật liệu tổng hợp hydrogel tiên tiến bao gồm các hạt nano cellulose bền vững có nguồn gốc từ thực vật.

Những robot này có khả năng thực hiện các thủ tục y tế, chẳng hạn như sinh thiết, vận chuyển tế bào và mô theo cách xâm lấn tối thiểu. Chúng có thể di chuyển qua các môi trường bị hạn chế và ngập nước, như cơ thể con người, và vận chuyển hàng hóa nhẹ và tinh tế, chẳng hạn như tế bào hoặc mô, đến vị trí mục tiêu.

Hình minh họa.

Nghiên cứu này, dẫn đầu bởi TS Hamed Shahsavan là trợ lý giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Hóa học - Đại học Waterloo., mô tả một cách tiếp cận toàn diện trong việc thiết kế, tổng hợp, chế tạo và vận hành các robot siêu nhỏ.

Hydrogel được sử dụng trong nghiên cứu này thay đổi hình dạng khi tiếp xúc với kích thích hóa học bên ngoài. Khả năng định hướng các hạt nano cellulose theo ý muốn cho phép các nhà nghiên cứu lập trình sự thay đổi hình dạng như vậy, điều này rất quan trọng để chế tạo các robot mềm chức năng.

Giám đốc Vật liệu thông minh cho công nghệ robot tiên tiến (SMART-Lab) Shahsavan cho biết: “Trong nhóm nghiên cứu của tôi, chúng tôi đang kết nối cái cũ và cái mới. Chúng tôi giới thiệu các robot siêu nhỏ mới bằng cách tận dụng vật chất mềm truyền thống như hydrogel, tinh thể lỏng và chất keo."

Thành phần độc đáo khác của vật liệu thông minh tiên tiến này là nó có khả năng tự phục hồi, cho phép lập trình nhiều loại hình dạng của robot. Các nhà nghiên cứu có thể cắt vật liệu và dán lại với nhau mà không cần sử dụng keo hoặc chất kết dính khác để tạo thành các hình dạng khác nhau cho các quy trình khác nhau.

Vật liệu này có thể được biến đổi thêm bằng từ tính tạo điều kiện thuận lợi cho chuyển động của robot mềm trong cơ thể con người. Để chứng minh khái niệm về cách robot di chuyển trong cơ thể, robot nhỏ bé đã được các nhà nghiên cứu di chuyển qua mê cung bằng cách điều khiển chuyển động của nó bằng từ trường.

TS Hamed Shahsavan ho biết: Các kỹ sư hóa học đóng một vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy nghiên cứu robot vi mô y tế. Thật thú vị, việc giải quyết nhiều thách thức lớn trong robot vi mô đòi hỏi kỹ năng và kiến ​​thức mà các kỹ sư hóa học phải sở hữu, bao gồm truyền nhiệt và truyền khối, cơ học chất lỏng, kỹ thuật phản ứng, polyme, khoa học vật chất mềm và hệ thống sinh hóa. Vì vậy, chúng tôi có vị thế đặc biệt để giới thiệu các cải tiến mới con đường trong lĩnh vực mới nổi này.

Bước tiếp theo trong nghiên cứu này là thu nhỏ robot xuống quy mô dưới milimet. Nhóm nghiên cứu của TS Hamed Shahsavan đã hợp tác với Tizazu Mekonnen của Waterloo, giáo sư Khoa Kỹ thuật Hóa học, Giáo sư Shirley Tang, Phó Trưởng khoa Khoa học (Nghiên cứu) và Amirreza Aghakhani, giáo sư từ Đại học Stuttgart ở Đức.