
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

«Инопланетяне» на Земле? Древние 8-метровые «грибы» оказались совершенно неизвестной формой жизни
Вот уже 180 лет подряд живые «башни» ставят в тупик всю науку....

Скрытые миллиарды: население Земли оказалось гораздо больше, чем считалось
Новые исследования бросают вызов официальным демографическим данным....

«Шерстистый дьявол» обнаружен в пустыне, на границе Мексики и США
Ученые говорят: такой уникальной находки не было последние полвека....

Американские спецслужбы скрывают правду о самой древней из библейских реликвий?
Экстрасенс ЦРУ предупредил: Ковчег Завета убьет каждого, кто к нему прикоснется....

Похоже, что проблема космического мусора в скором времени будет решена раз и навсегда
Новая технология не только очистит космос, но и поможет спутникам работать втрое дольше....

Археологи ликуют: в Испании нашли рисунки, которые старше человечества!
200 000-летняя находка заставит пересмотреть учебники....

iPhone, давай до свидания! Илон Маск презентовал инновационный смартфон PhoneX
Это устройство слишком прекрасно для нашей реальности....

Ученые рассказали и показали, как выглядит Антарктида без льда
Высокие горы, глубочайшие каньоны, 58 метров до Апокалипсиса и множество других тайн....

Тайна болезней на космической станции наконец-то раскрыта!
Ученые говорят: во всем виновата… идеальная уборка на МКС....

Самые массовые и дикие розыгрыши на 1 апреля в мировой истории
Это вам не просто «вся спина белая»....

Кислород устарел! Ученые нашли новый ключ к внеземной жизни
Гицеанические миры могут стать новой надеждой астрофизиков....

Ученые поражены: мыши, как спасатели, оживляют своих сородичей, попавших в беду
Открытие, от которого дрогнет даже самое черствое сердце....

На 100 000 лет раньше людей: ученые рассказали, кто устроил первые похороны на планете
Загадочные карлики Homo naledi, чей мозг был размером с апельсин, оказались не глупее нас с вами....

Секретная мутация гена: оказалось, ее имеют все обитатели Марианской впадины
Поразительное открытие китайских ученых может изменить всю теорию эволюции....

10 лет за 48 часов: ИИ полностью переиграл ученых в поисках секрета супербактерий
Однако эксперты предупреждают: нейросети не только ускоряют науку, они запросто могут столкнуть нас в пропасть....

Ученый рассказал, как использовались загадочные артефакты из гробницы Тутанхамона
Это было как в фильме «Мумия»: «Фараон должен воскреснуть!»...