En experimentos que implican una simulación del esófago y el estómago humanos, los investigadores del MIT, la Universidad de Sheffield y el Instituto de Tecnología de Tokio han demostrado un pequeño robot de origami que puede desplegarse de una cápsula tragada y, dirigido por campos magnéticos externos, gatear a través de la pared del estómago para quitar una pila de botón tragada o parchar una herida.
El nuevo trabajo, que los investigadores están presentando esta semana en la Conferencia Internacional sobre Robótica y Automatización, se basa en una larga secuencia de documentos sobre robots de origami del grupo de investigación de Daniela Rus, la profesora Andrew y Erna Viterbi en el Departamento de MIT deIngeniería Eléctrica e Informática.
"Es realmente emocionante ver a nuestros pequeños robots de origami haciendo algo con posibles aplicaciones importantes para el cuidado de la salud", dice Rus, quien también dirige el Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial CSAIL del MIT. "Para aplicaciones dentro del cuerpo, necesitamos unsistema de robot pequeño, controlable y sin ataduras. Es realmente difícil controlar y colocar un robot dentro del cuerpo si el robot está conectado a una correa ".
Uniéndose a Rus en el artículo están el primer autor Shuhei Miyashita, quien era un postdoc en CSAIL cuando se realizó el trabajo y ahora es profesor de electrónica en la Universidad de York, en Inglaterra; Steven Guitron, un estudiante graduado en ingeniería mecánica;Shuguang Li, un postdoc CSAIL; Kazuhiro Yoshida del Instituto de Tecnología de Tokio, que estaba visitando el MIT en sabático cuando se realizó el trabajo; y Dana Damian de la Universidad de Sheffield, en Inglaterra.
Aunque el nuevo robot es sucesor de uno que se informó en la misma conferencia el año pasado, el diseño de su cuerpo es significativamente diferente. Al igual que su predecesor, puede impulsarse a sí mismo utilizando lo que se llama un movimiento "antideslizante", en el que sulos apéndices se adhieren a una superficie por fricción cuando ejecuta un movimiento, pero se vuelven a soltar nuevamente cuando su cuerpo se flexiona para cambiar su distribución de peso.
También como su predecesor, y como varios otros robots de origami del grupo Rus, el nuevo robot consta de dos capas de material estructural que intercalan un material que se encoge cuando se calienta. Un patrón de hendiduras en las capas externas determina cómo funciona el robotse plegará cuando la capa intermedia se contraiga.
diferencia de material
El uso previsto del robot también impuso una serie de modificaciones estructurales. "Stick-slip solo funciona cuando, uno, el robot es lo suficientemente pequeño y, dos, el robot es lo suficientemente rígido", dice Guitron. "Con el diseño original de Mylar,era mucho más rígido que el nuevo diseño, que se basa en un material biocompatible ".
Para compensar la maleabilidad relativa del material biocompatible, los investigadores tuvieron que idear un diseño que requiriera menos ranuras. Al mismo tiempo, los pliegues del robot aumentan su rigidez a lo largo de ciertos ejes.
Pero debido a que el estómago está lleno de fluidos, el robot no depende por completo del movimiento antideslizante. "En nuestro cálculo, el 20 por ciento del movimiento hacia adelante es impulsando agua - empuje - y el 80 por ciento es por medio de un movimiento de varilla -movimiento de deslizamiento ", dice Miyashita." En este sentido, introdujimos y aplicamos activamente el concepto y las características de la aleta al diseño del cuerpo, que se puede ver en el diseño relativamente plano "
También tenía que ser posible comprimir el robot lo suficiente como para que pudiera caber dentro de una cápsula para tragar; de manera similar, cuando la cápsula se disolvió, las fuerzas que actúan sobre el robot tenían que ser lo suficientemente fuertes como para que se desplegara por completo.proceso de diseño que Guitron describe como "en su mayoría prueba y error", los investigadores llegaron a un robot rectangular con pliegues de acordeón perpendiculares a su eje largo y esquinas pellizcadas que actúan como puntos de tracción.
En el centro de uno de los pliegues de acordeón hacia adelante hay un imán permanente que responde a los campos magnéticos cambiantes fuera del cuerpo, que controlan el movimiento del robot. Las fuerzas aplicadas al robot son principalmente rotacionales. Una rotación rápida hará que girelugar, pero una rotación más lenta hará que gire alrededor de uno de sus pies fijos. En los experimentos de los investigadores, el robot usa el mismo imán para levantar la batería del botón.
precedentes porcinos
Los investigadores probaron alrededor de una docena de posibilidades diferentes para el material estructural antes de decidirse por el tipo de intestino seco de cerdo utilizado en tripas para embutidos. "Pasamos mucho tiempo en los mercados asiáticos y en el mercado de Chinatown buscando materiales", dice Li.La capa retráctil es una envoltura retráctil biodegradable llamada Biolefin.
Para diseñar su estómago sintético, los investigadores compraron un estómago de cerdo y probaron sus propiedades mecánicas. Su modelo es una sección transversal abierta del estómago y el esófago, moldeada de una goma de silicona con el mismo perfil mecánico. Una mezcla de agua yel jugo de limón simula los fluidos ácidos en el estómago.
Cada año, se informan 3.500 baterías de botón ingerido solo en los Estados Unidos. Con frecuencia, las baterías se digieren normalmente, pero si entran en contacto prolongado con el tejido del esófago o el estómago, pueden causar una corriente eléctrica que produce hidróxido,que quema el tejido. Miyashita empleó una estrategia inteligente para convencer a Rus de que la extracción de las pilas de botón tragadas y el tratamiento de las heridas resultantes era una aplicación convincente de su robot de origami.
"Shuhei compró un trozo de jamón y puso la batería en el jamón", dice Rus. "En media hora, la batería estaba completamente sumergida en el jamón. Eso me hizo darme cuenta de que sí, esto es importante. Si tienes una batería en tu cuerpo, realmente la quieres sacar lo antes posible "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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