Los microbots podrían tener varias aplicaciones útiles, particularmente en entornos biomédicos y sanitarios. Por ejemplo, por su pequeño tamaño, estas pequeñas máquinas podrían insertarse dentro del cuerpo humano, permitiendo a los médicos realizar exámenes u operar de forma remota las regiones afectadas por enfermedades.
Desarrollar enfoques que permitan la locomoción efectiva de microrobots en contextos médicos, sin embargo, es una tarea desafiante debido a los patrones en el flujo de fluidos dentro del cuerpo humano. Para superar este desafío, estudios anteriores han propuesto el uso de máquinas en forma de rueda que pueden rodar sobre superficies, ya que su estructura permite una propulsión mejorada y velocidades de traducción más rápidas.
A pesar de su promesa, Los resultados de la investigación sugieren que estos robots no se mueven bien en superficies planas y, a menudo, resbalan. En un nuevo estudio interesante presentado en Ciencia Robótica , un equipo de investigadores de la Escuela de Minas de Colorado y la Universidad de Colorado en Denver han propuesto un nuevo enfoque que podría ayudar a mejorar la locomoción de los microrobots en superficies mojadas.
"Debido a limitaciones fundamentales en la dinámica de fluidos a pequeña escala, es difícil para las máquinas pequeñas nadar, una limitación que hemos intentado superar desarrollando métodos basados en ruedas y conducción en superficies disponibles, "Profesor David Marr, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo a TechXplore. "Estos métodos son relativamente efectivos, [pero] debido a que las superficies dentro del cuerpo están mojadas, Nuestras ruedas tienden a patinar y viajar aproximadamente al 10 por ciento de su máximo teórico. La idea de este trabajo fue desarrollar un enfoque que evite el deslizamiento con ruedas que encajan como engranajes en la superficie de desplazamiento, en efecto, elimina el deslizamiento y conduce a una traducción significativamente más rápida ".
El profesor Marr y sus colegas se inspiraron en las matemáticas detrás de las carreteras y las ruedas, aplicando estos cálculos a pequeños robots con forma de rueda. Descubrieron que los cambios específicos en la topografía (es decir, las características físicas) de la 'microcarga' donde el robot está operando permiten que las micro ruedas alcancen velocidades mucho más altas.
Los investigadores observaron que los golpes periódicos en la microcarga recorrida por los robots pueden mejorar la tracción entre las pequeñas ruedas y las paredes cercanas. Mientras esté en superficies planas mojadas, las ruedas tienden a patinar. Por lo tanto, Las carreteras con más baches dan como resultado un patrón de locomoción compuesto por rotaciones con vueltas deslizantes y antideslizantes. Esto mejora significativamente la velocidad de traslación de las ruedas, con los robots moviéndose hasta cuatro veces más rápido de lo que lo harían en superficies planas.
"Las ruedas de forma y tamaño específicos se adaptan perfectamente a las carreteras de una forma de diseño particular, "Explicó el profesor Marr." Mientras que una rueda redonda y una carretera plana coinciden, Las ruedas no redondas coinciden con superficies con baches específicos en la carretera. Un objetivo final es desarrollar ruedas que se adapten mejor a las superficies in vivo, conduciendo a terapias más rápidas en enfermedades donde el tratamiento debe administrarse rápidamente, por ejemplo."
Poner ruedas cuadradas en un automóvil puede parecer una forma poco intuitiva e ineficiente de mejorar su locomoción. Sin embargo, como explica el profesor Marr, pavimentar adecuadamente las superficies en las que operan los microbots suele ser difícil, por eso, en estos casos, un diseño de rueda no circular puede resultar beneficioso.
"Nuestro trabajo reveló la importante interacción hidrodinámica entre las microplacas y la superficie no lisa, mientras que la mayoría del trabajo en la literatura se ha centrado principalmente en la propulsión de micro-robots en superficies planas, "Profesor Ning Wu, otro investigador involucrado en el estudio, dijo a TechXplore. "Una aplicación de nuestros hallazgos será la separación de objetos microscópicos basada en la simetría más que en el tamaño".
Los hallazgos recopilados por Marr, Wu y sus colegas podrían tener varias implicaciones prácticas. Por ejemplo, Los investigadores observaron que las micro ruedas cuadradas y en forma de diamante ruedan a velocidades similares en una superficie plana, pero a velocidades muy diferentes en una carretera llena de baches.
Esta simple observación podría informar el diseño estratégico de las superficies en las que operarán los microbots, mejorando finalmente su locomoción en función de la forma de sus ruedas. Lograr una rotación más rápida de estas pequeñas máquinas en superficies con baches también podría simplificar su manipulación mientras viajan en regiones específicas del cuerpo humano. como redes vasculares parcialmente obstruidas.
El artículo reciente de Marr, Wu y sus colegas ofrecen nuevos conocimientos que podrían orientar el desarrollo de microbots más eficientes para fines biomédicos. En su trabajo futuro, los investigadores planean explorar dos direcciones de investigación adicionales que podrían producir observaciones valiosas adicionales.
"Primero, utilizaremos los sustratos con patrones topográficos para separar partículas micro y nanoscópicas tanto en simetría como en tamaño, ya que hemos demostrado que pueden rodar a diferentes velocidades, "El profesor Wu dijo." Las partículas separadas se pueden utilizar como bloques de construcción para hacer estructuras fotónicas con interesantes interacciones luz-materia. Otra dirección será la fabricación de micro-ruedas de materiales blandos como gotitas que pueden encapsular fármacos. Nuestro objetivo final es maniobrar estas ruedas blandas dentro de redes vasculares complejas y usarlas para administrar medicamentos ".
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