บาคาร่าเว็บตรง การควบคุมด้วยแม่เหล็ก: อุปกรณ์กรรไกรจะม้วนไปยังตำแหน่งเป้าหมายและตัดโครงสร้างที่เหมือนเนื้อเยื่อโดยใช้การให้ความร้อนด้วยความถี่วิทยุ หุ่นยนต์ซอฟต์โรบ็อตขนาดเล็กแบบไร้สายที่สามารถนำทางในพื้นที่จำกัดได้อย่างปลอดภัยเพื่อตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กภายนอกเป็นที่ต้องการอย่างมากสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ เช่น การผ่าตัดที่มีการบุกรุกน้อยที่สุด
นอกจากการเคลื่อนที่แล้ว หุ่นยนต์แบบนิ่ม
จะต้องสามารถทำงานที่ซับซ้อนอื่นๆ ได้ หากต้องการเปลี่ยนเครื่องมือแบบแข็งแบบธรรมดา อย่างไรก็ตาม งานดังกล่าวต้องใช้กำลังหรือแรงบิดสูง ซึ่งวัสดุที่อ่อนกว่าเพียงอย่างเดียวไม่สามารถผลิตได้ แต่ต้องใช้วัสดุที่แตกต่างกัน กลไกอันชาญฉลาด และการปรับโครงสร้างให้เหมาะสมเพื่อเก็บและปล่อยพลังงานเชิงกลจำนวนมากที่จำเป็นต่อการผ่าตัดที่ซับซ้อนแบบไร้สาย
เพื่อให้บรรลุสิ่งนี้ นักวิทยาศาสตร์จากสถาบัน Max Planck สำหรับระบบอัจฉริยะในสตุตการ์ตได้พัฒนาตัวกระตุ้นกล้ามเนื้อม้วนขนาดเล็กซึ่งอาศัยคุณสมบัติทางกลที่ปรับได้และการให้ความร้อนด้วยคลื่นความถี่วิทยุเพื่อดำเนินการผ่าตัดที่ต้องใช้กำลังสูงและความสามารถในการทำงาน รวมถึงการเย็บแผล , ตัด เจาะ และหนีบเนื้อเยื่อ นักวิจัยได้อธิบายถึงความสามารถของหุ่นยนต์ทางการแพทย์แบบนิ่มขนาดเล็กในScience Advances
ขดกล้ามเนื้อเทียม
กล้ามเนื้อประดิษฐ์ในหุ่นยนต์แบบนิ่มมีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างความเก่งกาจทางกลของกล้ามเนื้อตามธรรมชาติ – การหดตัว ขยาย หมุนหรือโค้งงอเพื่อสร้างการเคลื่อนไหวหรือทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ ในการสร้างตัวกระตุ้นกล้ามเนื้อ กลุ่มนี้ใช้เส้นใยไนลอนที่มีความแข็งแรงสูงเป็นแกนกลางของกล้ามเนื้อที่แข็งทื่อ และหุ้มด้วยชั้นโพลีเมอร์เพื่อป้องกันตัว
กระตุ้นทางกลและความร้อนจากภายนอก
นักวิจัยได้ฝังชั้นเมทริกซ์เรซินที่มีความเหนียวสูงระหว่างแกนกลางและเปลือกนอกซึ่งมีอนุภาคนาโน superparamagnetic Fe 3 O 4และเกล็ดเลือดกราฟีนออกไซด์ อนุภาคนาโนแม่เหล็กเหล่านี้ผลิตความร้อนเมื่อสัมผัสกับคลื่นความถี่วิทยุ กระตุ้นแกนกล้ามเนื้อและเสริมความแข็งแรงเชิงกลของตัวกระตุ้น ในที่สุด พวกเขาบิดโครงสร้างที่เกิดเป็นขดเพื่อสร้างกล้ามเนื้อเทียมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 มม.
นักวิจัยได้ใช้สนามแม่เหล็กความถี่วิทยุภายนอกเพื่อให้ความร้อนแก่อนุภาคนาโนที่ฝังตัวแบบไร้สาย กล้ามเนื้อขดเทียมจะหดตัวหากปลายเส้นใยว่างแต่ไม่สามารถหมุนได้ หรือบิดเบี้ยวหากปลายด้านหนึ่งของเส้นใยยึดแน่นและส่วนที่เหลือสามารถหมุนได้ ทีมงานได้ปรับความเข้มข้นของเกล็ดเลือดกราฟีนออกไซด์และความหนาของชั้นแอกทีฟอย่างเป็นระบบ เพื่อให้ได้แรงกระตุ้นและความสามารถในการทำงานประมาณ 3.1 N และ 3.5 J/g ตามลำดับ ค่าเหล่านี้มีค่ามากกว่าห้าและสี่ลำดับความสำคัญมากกว่าที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้สำหรับแอคทูเอเตอร์แบบแม่เหล็กอ่อน
“ต้องขอบคุณตัวกระตุ้นกล้ามเนื้อที่รวมเข้ากับอุปกรณ์ทางการแพทย์แบบอ่อนไร้สาย ตอนนี้เราสามารถบรรลุฟังก์ชันการผ่าตัดที่ต้องใช้กำลังแรงสูง เช่น การเย็บ การตัด การจับยึด และการเจาะ จนถึงขณะนี้ ฟังก์ชันดังกล่าวยังไม่สามารถทำได้สำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์แบบอ่อนแบบไร้สาย” ผู้เขียนอาวุโสWenqi HuและMetin Sittiอธิบาย
ทำศัลยกรรมด้วยหุ่นยนต์นิ่ม
เครื่องเย็บผ้าแบบไร้สาย อุปกรณ์เย็บแผลแบบไร้สาย: เย็บกล้ามเนื้อขดเพื่อเย็บผิวหนังหมูex vivo ขั้นแรก พวกเขาเย็บ ตัวอย่างหนังหมู ex vivo ที่เจาะไว้ก่อนหน้านี้ โดยติดแถบเส้นใยไนลอนสองแท่งและแม่เหล็กถาวรทรงกระบอกที่ปลายกล้ามเนื้อที่ขด ด้วยการใช้การควบคุมสนามแม่เหล็กที่แม่นยำและใช้ประโยชน์จากแรงส่งออกขนาดใหญ่ของกล้ามเนื้อขด ทีมงานได้แสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์ปรับทิศทางด้วยแม่เหล็กเพื่อเย็บรอบๆ แผลและหดตัวเพื่อปิดแผลได้อย่างไร
ประการที่สอง พวกเขาพิมพ์ 3D เฟรมโพลีเมอร์ทรงกลมและฝังไมโครอนุภาคแม่เหล็กในซิลิโคนอีลาสโตเมอร์กระจายไปทั่วเส้นรอบวงเฟรม สิ่งนี้ทำให้เฟรมสามารถเคลื่อนที่และจัดตำแหน่งโดยใช้แม่เหล็กแบบ teleoperated ในการสาธิต นักวิจัยใช้แรงที่เกิดจากการหดตัวของกล้ามเนื้อขดเพื่อตัดวัสดุคล้ายเนื้อเยื่อสังเคราะห์ออกครึ่งหนึ่งโดยใช้ใบมีดแก้วสองใบที่อยู่บริเวณช่องเปิดของเฟรม
ขั้นต่อไป เพื่อทดสอบสมรรถนะของแรงบิด ทีมงานได้ใช้ประโยชน์จากการปล่อยพลังงานสูงของกล้ามเนื้อขดเทียมและรวมกับกรอบสว่านและสกรูที่พิมพ์ 3 มิติเพื่อเจาะวัสดุคล้ายเนื้อเยื่อสังเคราะห์แบบไร้สายโดยใช้ความร้อนแม่เหล็กความถี่วิทยุเพื่อคลายเกลียว ม้วน.
จากนั้นนักวิจัยได้ออกแบบเครื่องหนีบแบบ bistable ซึ่งใช้การหดตัวของกล้ามเนื้อขดและเก็บพลังงานกลเพื่อบีบเนื้อเยื่ออย่างรวดเร็วในระหว่างการผ่าตัด การหดตัวอย่างต่อเนื่องของกล้ามเนื้อขดจะขับแคลมป์เปอร์จากสถานะเสถียรเป็นสถานะพลังงานที่ไม่เสถียร สิ่งนี้จะกระตุ้นการสแน็ปอินโดยขยายกำลังส่งออกของกล้ามเนื้อขดเป็น 14 N – ช่วยให้นักวิจัยสามารถยึดบาดแผลของเนื้อเยื่อไก่ex vivo
ในที่สุด เพื่อแสดงให้เห็นถึงความเก่งกาจของกล้ามเนื้อม้วนหลายตัว ทีมงานเคลือบชั้นโพลีเมอร์เพิ่มเติมด้วยโปรไฟล์การสะกดจิตที่แปรผันตามพื้นที่ในขดลวด และเชื่อมโยงกล้ามเนื้อม้วนทั้งสี่เข้าด้วยกันโดยใช้ตัวเชื่อมต่อที่นิ่มกว่าเพื่อขยายการเสียรูปแม่เหล็ก การกำหนดค่าโครงสร้างใหม่นี้ทำให้คอยล์แบบมัลติลิงค์สามารถ “เดิน” ไปข้างหน้า ถอยหลัง หรือเคลื่อนที่ในแนวแกนโดยรวมแรงบิดแม่เหล็กและการไล่ระดับแม่เหล็ก ซึ่งจะทำให้อุปกรณ์สามารถดำเนินการจัดการที่ซับซ้อนมากขึ้น รวมถึงการสาธิตเอาท์พุตที่มีกำลังแรงสูง บาคาร่าเว็บตรง
