Imágenes de vista superior de las estructuras magnéticas blandas de tres brazos que llevan diferentes perfiles de magnetización. Crédito:Xu et al., Sci. Robot. 4, eaav4494 (2019)
Montar un microrobot solía requerir un par de pinzas de punta de aguja, un microscopio, manos firmes y al menos ocho horas. Pero ahora, los investigadores de ingeniería de la Universidad de Toronto han desarrollado un método que requiere solo una impresora 3D y 20 minutos.
En el laboratorio del profesor Eric Diller, Los investigadores crean microrobots magnetizados, del tamaño de la cabeza de un alfiler, que pueden viajar a través de vasos y órganos llenos de líquido dentro del cuerpo humano. Diller y su equipo controlan el movimiento de estos microrobots de forma inalámbrica mediante campos magnéticos.
Cada microrobot se construye colocando con precisión secciones microscópicas de agujas magnéticas encima de una superficie plana, material flexible. Una vez desplegado, los investigadores aplican campos magnéticos para inducir a los microrobots a viajar con un movimiento similar al de un gusano a través de canales de fluidos, o cerrar sus diminutas 'mandíbulas' mecánicas para tomar una muestra de tejido.
"Estos robots son bastante difíciles y laboriosos de fabricar porque el proceso requiere precisión, "dice estudiante de posgrado, Tianqi Xu. "También debido a la necesidad de montaje manual, es más difícil hacer que estos robots sean más pequeños, que es uno de los principales objetivos de nuestra investigación ".
Es por eso que Xu y sus compañeros de laboratorio desarrollaron un enfoque automatizado que reduce significativamente el tiempo de diseño y desarrollo. y amplía los tipos de microrobots que pueden fabricar. Sus hallazgos fueron publicados hoy en Ciencia Robótica .
Se necesitan microrobots más pequeños y complejos para futuras aplicaciones médicas, como la administración de fármacos dirigida, fertilización asistida, o biopsias.
"Si estuviéramos tomando muestras en el tracto urinario o dentro de las cavidades líquidas del cerebro, imaginamos que una técnica optimizada sería fundamental para reducir la escala de las herramientas robóticas quirúrgicas, "dice Diller.
Para demostrar las capacidades de su nueva técnica, los investigadores idearon más de 20 formas robóticas diferentes, que luego se programaron en una impresora 3D. Luego, la impresora construye y solidifica el diseño, orientar las partículas modeladas magnéticamente como parte del proceso.
El estudiante de MASc Tianqi Xu sostiene un microrobot que fue fabricado usando su sistema automatizado. Crédito:Liz Do, Ingeniería de la U of T
El robot magnético que arrastra las palas. Crédito:Xu et al., Sci. Robot. 4, eaav4494 (2019)
Como prueba de concepto de que su método se puede utilizar para magnetizar polímeros blandos a pequeña escala, los investigadores codificaron magnéticamente un código QR con límites claramente definidos y bordes afilados en una región de 5 mm × 5 mm en una hoja de polímero. Crédito:Xu et al., Sci. Robot. 4, eaav4494 (2019)
"Previamente, prepararíamos una forma y la diseñaríamos manualmente, pasar semanas planificándolo, antes de que pudiéramos fabricarlo. Y esa es solo una forma "dice Diller." Luego, cuando lo construimos, inevitablemente descubriríamos peculiaridades específicas, por ejemplo, es posible que tengamos que modificarlo para que sea un poco más grande o más delgado para que funcione ".
"Ahora podemos programar las formas y hacer clic en imprimir, "agrega Xu." Podemos iterar, diseñarlo y refinarlo fácilmente. Ahora tenemos el poder de explorar realmente nuevos diseños ".
El enfoque optimizado de los investigadores abre las puertas para desarrollar microrobots aún más pequeños y complejos que el tamaño milimétrico actual. "Creemos que es prometedor que algún día podamos ser 10 veces más pequeños, "dice Diller.
El laboratorio de Diller planea utilizar el proceso automatizado para explorar formas más sofisticadas y complicadas de microrobots. "Como comunidad de investigación en robótica, es necesario explorar este espacio de pequeños robots médicos, "agrega Diller." Ser capaz de optimizar los diseños es un aspecto realmente crítico de lo que el campo necesita ".
