Роботизированную «руку» для хирургии сделали из графена и жидких кристаллов
Исследователи из Эйндховена разработали мягкую роботизированную «руку» из жидких кристаллов и графена, которая может быть использована для будущих хирургических роботов.
В больницах мягкие роботы могут использоваться для автоматизации в хирургии. Но прежде чем это произойдёт, исследователям необходимо выяснить, как ими филигранно управлять. Кроме того, многие современные мягкие роботы содержат металлы, что ограничивает их использование во влажных средах, в том числе при взаимодействии с человеческим телом.
Цель специальной мягкой робототехники — создавать устройства из жидкостей или гелей, которые могут сгибаться в определённых ситуациях, но в нужные моменты действовать уже как будто сделанные из жёстких материалов.
Лаура Ван Хазендонк и её коллеги из Технического университета Эйндховена, Нидерданды, создали мягкий роботизированный захват из графена и жидких кристаллов, то есть оба материала были органическими. Напомним, что графен — это сверхпрочный однослойный углерод, который к тому же прозрачен и является эффективным проводником электричества и тепла.
Жидкий кристалл ведёт себя то как жидкость, то как твёрдое вещество в зависимости от состояния. В определённых ситуациях молекулы в такой жидкости могут выстраиваться в твёрдую структуру, объяснила Ван Хазендонк. Способность жидкокристаллических материалов действовать подобным образом идеальна, когда дело доходит до создания мягких роботов, подчеркнула исследовательница.
Выбрав материалы, учёные приступили к разработке и изготовлению привода, который приводил бы в движение роботизированную систему. Обычно приводы реагируют или перемещаются при подаче электричества, воздуха или жидкости. Но в конкретном научном проекте Ван Хазендонк с коллегами для управления приводами задействовали так называемые жидкокристаллические сетки (LCN).
Так исследователи разработали захватное устройство, управляемое с помощью приводов на основе LCN. В качестве образца получилась «рука» с четырьмя управляемыми «пальцами». Подвижные детали изменяют форму под воздействием тепла на нагревательные элементы из графена, которые представляют собой дорожки в «пальцах» роботизированного захвата.

Когда электроток проходит через графеновые дорожки, они нагреваются, а затем тепло от дорожек изменяет молекулярную структуру жидкокристаллических пальцев. Всё это и приводит к сгибанию, объяснила Ван Хазендонк. После отключения электрического тока нагрев пропадает, и захват возвращается в исходное состояние.
Одна из основных проблем для исследователей была связана с графеновыми нагревательными элементами, отметил Хайнер Фридрих, доцент кафедры химической инженерии и химии. Учёным нужно было убедиться, что те нагреются до нужной температуры для сгибания слоя жидких кристаллов. Изначально графеновые элементы не достигали нужной температуры при безопасном напряжении электротока, а при повышении вольтажа сжигали устройство.
Исследователи в конце концов наладили привод, который успешно функционирует при напряжении менее 15 вольт. Что касается производительности, то захваты способны поднимать предметы массой от 70 до 100 миллиграммов. Может показаться, что это немного, но в хирургии используются соответственно лёгковесные инструменты, имплантаты или биологические ткани.
Для уже созданного захвата несущий нагрузку слой получили заливкой материала в форму. А графен наносили путём печати. Теперь же коллеги намерены «изваять» робота полностью с помощью принтера. Но для этого им понадобится новый способ 3D-печати жидкокристаллического слоя.
В больницах мягкие роботы могут использоваться для автоматизации в хирургии. Но прежде чем это произойдёт, исследователям необходимо выяснить, как ими филигранно управлять. Кроме того, многие современные мягкие роботы содержат металлы, что ограничивает их использование во влажных средах, в том числе при взаимодействии с человеческим телом.
Цель специальной мягкой робототехники — создавать устройства из жидкостей или гелей, которые могут сгибаться в определённых ситуациях, но в нужные моменты действовать уже как будто сделанные из жёстких материалов.
Лаура Ван Хазендонк и её коллеги из Технического университета Эйндховена, Нидерданды, создали мягкий роботизированный захват из графена и жидких кристаллов, то есть оба материала были органическими. Напомним, что графен — это сверхпрочный однослойный углерод, который к тому же прозрачен и является эффективным проводником электричества и тепла.
Жидкий кристалл ведёт себя то как жидкость, то как твёрдое вещество в зависимости от состояния. В определённых ситуациях молекулы в такой жидкости могут выстраиваться в твёрдую структуру, объяснила Ван Хазендонк. Способность жидкокристаллических материалов действовать подобным образом идеальна, когда дело доходит до создания мягких роботов, подчеркнула исследовательница.
Выбрав материалы, учёные приступили к разработке и изготовлению привода, который приводил бы в движение роботизированную систему. Обычно приводы реагируют или перемещаются при подаче электричества, воздуха или жидкости. Но в конкретном научном проекте Ван Хазендонк с коллегами для управления приводами задействовали так называемые жидкокристаллические сетки (LCN).
Так исследователи разработали захватное устройство, управляемое с помощью приводов на основе LCN. В качестве образца получилась «рука» с четырьмя управляемыми «пальцами». Подвижные детали изменяют форму под воздействием тепла на нагревательные элементы из графена, которые представляют собой дорожки в «пальцах» роботизированного захвата.

Когда электроток проходит через графеновые дорожки, они нагреваются, а затем тепло от дорожек изменяет молекулярную структуру жидкокристаллических пальцев. Всё это и приводит к сгибанию, объяснила Ван Хазендонк. После отключения электрического тока нагрев пропадает, и захват возвращается в исходное состояние.
Одна из основных проблем для исследователей была связана с графеновыми нагревательными элементами, отметил Хайнер Фридрих, доцент кафедры химической инженерии и химии. Учёным нужно было убедиться, что те нагреются до нужной температуры для сгибания слоя жидких кристаллов. Изначально графеновые элементы не достигали нужной температуры при безопасном напряжении электротока, а при повышении вольтажа сжигали устройство.
Исследователи в конце концов наладили привод, который успешно функционирует при напряжении менее 15 вольт. Что касается производительности, то захваты способны поднимать предметы массой от 70 до 100 миллиграммов. Может показаться, что это немного, но в хирургии используются соответственно лёгковесные инструменты, имплантаты или биологические ткани.
Для уже созданного захвата несущий нагрузку слой получили заливкой материала в форму. А графен наносили путём печати. Теперь же коллеги намерены «изваять» робота полностью с помощью принтера. Но для этого им понадобится новый способ 3D-печати жидкокристаллического слоя.
- Дмитрий Ладыгин
- pubs.acs.org
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Древняя легенда о появлении Ангары оказалась чистой правдой: об этом рассказал российский ученый
Эта была чудовищная катастрофа: мегапоток в считаные часы изменил ландшафт на сотни километров вокруг...
Сокровища, 400 лет пролежавшие на дне, наконец-то, найдены: зря английский король сжег тогда 19 ведьм
Прорыв в поисках произошел, когда применили самые современные технологии...
«Память Сталинграда»: почему эта картина свела с ума… самого Гитлера
Что заставляло нацистского вождя часами смотреть на одно из величайших поражений Германии...
Клад стоимостью полмиллиарда рублей: кому принадлежал кувшин серебра XV века, найденный недавно в Коломне
Эксперты говорят, что владелец сокровищ был важной птицей, но исчез из жизни внезапно. Такое было время...
Жизнь без «экранов»: зачем топ-менеджеры Кремниевой долины жестко урезали своим детям доступ к гаджетам?
Двуличие этих людей поражает: для себя одни правила, для миллиардов простых смертных — другие...
Вот это поворот: NASA обнаружило странную «медузу», плавающую на Марсе
Разгадка аномалии оказалась куда интереснее любой фантастической теории...
Зловещий секрет 2000-летних рисунков: стало известно, из чего делали несмываемую краску в Древнем Китае
Особый ингредиент буквально заставлял краску врастать в поверхность скалы...
Проклятие мумий — это правда? Ученые говорят: да, и еще какая
По словам экспертов, это настоящие химические бомбы замедленного действия...
Китайские «россияне» оказались самыми высокими людьми в последний ледниковый период
Ученые говорят, что денисовцы из Тайваня нарушали основные законы эволюции и приспособления...
Тайный эксперимент на Луне в 1971-м: жена астронавта Митчелла раскрыла детали секретных опытов с сознанием
Об этом не знали ни другие члены экипажа «Аполлон-14», ни даже руководство NASA...
Гигантский родственник крокодила весил как автомобиль и охотился на добычу размером с носорога
Но даже такому мегахищнику однажды пришел конец. Тиран миоцена был «проклят» собственной силой...
Правда ли, что животные в зоопарке страдают, или это давно опровергнутый миф?
Выводы экспертов оказались крайне неоднозначными и в части даже парадоксальными...
Неожиданное открытие: талая вода Гренландии усиливает аномальную жару в Европе
Ученые предупреждают: уже через несколько лет европейцы будут вспоминать нынешнее лето как приятную прохладу...
Тайну Тунгусского метеорита раскроет уникальный российский ускоритель элементарных частиц
Ученые надеются, что разгадка одного из самых таинственных происшествий в российской истории, наконец-то, сдвинется с мертвой точки...
«Дырявые» спутники: в программах NASA нашли лазейку для хакеров
Очень удивительно, как террористы еще не захватили контроль над орбитальными аппаратами...
Забудьте о кислотных дождях: капли с электричеством — вот что по-настоящему страшно для металла
Новая опасность действует тоньше и разрушительнее любой химии. И от нее пока нет надежной защиты...