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Esses novos microbots vão dançar o seu caminho através do seu corpo

Esses novos microbots vão dançar o seu caminho através do seu corpo

Colocar um microbot em um corpo humano com uma bateria poderia se transformar de um dispositivo útil em uma situação perigosa se o robô parasse de funcionar. Mas e se você pudesse eliminar baterias e motores completamente? Nos últimos anos, os cientistas têm aperfeiçoado os microrrobôs controlados magneticamente. Mas controlar vários robôs dentro do mesmo campo magnético provou ser um desafio bastante difícil. Agora, uma equipe de engenheiros anunciou recentemente que criou um dispositivo magnético que pode operar micro-robôs de forma independente, apesar de estar sob o mesmo campo magnético.

No futuro, a tecnologia pode auxiliar em operações onde muitos microbots são necessários. Juntos, eles serão capazes de fornecer operações terapêuticas não invasivas e permitirão sistemas locais de distribuição de medicamentos ou implantes médicos mais precisos.

[Fonte da imagem: Espectro IEEE via Youtube]

O desafio

Existe um problema inerente ao controle de robôs com ímãs. Os campos magnéticos que controlam os robôs influenciam os movimentos da mesma forma. Embora os enxames pareçam legais quando operam em uníssono, controlá-los independentemente é uma tarefa difícil. Atualmente, existem alguns métodos onde os componentes individuais podem ser controlados de forma independente pertoum para o outro. Mas até agora, não houve um método eficiente que pudesse seletivamente operar componentes que são bem ao ladoentre si.

Como um dos principais usos será para assistência em aplicações médicas, os robôs terão que navegar de forma independente pelos pequenos canais e passagens dentro do corpo humano. Para muitas operações, apenas uma micro-máquina não o corta.

A tarefa tem sido desconcertante por muitos anos, até agora. Os pesquisadores publicaram recentemente um artigo que descreve um novo sistema magnético que pode controlar seletivamente microbots idênticos que são apenas milímetros separados dentro do mesmo campo magnético.

Projetando um sistema para superar o problema

Em vez de usar pequenos robôs com sistemas autônomos de propulsão e navegação, os robôs contam com uma solução notavelmente mais elementar; um robô que é remotamente movido por magnetismo. A tecnologia para alterar componentes dentro de um campo magnético já existe há muito tempo. Sem a necessidade de um sistema de energia direto e controles mecânicos, os robôs podem ser muito menores.

No lugar de uma bateria e um motor tradicionais, os robôs atuados magneticamente contam apenas com o magnetismo para propulsão e manipulação. Os robôs podem ser feitos de componentes muito menos perigosos. No entanto, ao mesmo tempo, eles ainda podem navegar com tanta ou mais precisão do que robôs movidos a bateria.

Anteriormente, todo o robô era envolto em uma capa magnética que altera a posição do robô. No entanto, a questão ainda permanece em como controlar os robôs individualmente. Sem uma conexão física, cada microbot recebe uma entrada semelhante e agirá da mesma maneira. Para combater o problema, os pesquisadores Jürgen Rahmer, Christian Stehning e Bernhard Gleich desenvolveram um novo gerador de campo magnético que pode operar seletivamente microbots individuais ou componentes específicos - mesmo aqueles dentro do mesmo campo.

Microbots controlando individualmente

Existem duas maneiras de controlar diferentes microrrobôs no mesmo campo. Um, você poderia construir componentes de diferentes tamanhos que atuariam de forma diferente em um determinado campo magnético. Claro, enxames maiores seriam difíceis de fazer e a entrada magnética teria que ser bastante complexa. Alternativamente, como os artigos dos pesquisadores descrevem, existe uma técnica que usa campos magnéticos para interagir seletivamente com componentes específicos.

A técnica é realmente fascinante. A forma como os pesquisadores controlam os componentes seletivos não é mirando nos objetos com uma entrada magnética. Em vez disso, as peças que se destinam a se mover são envolvidas em um buraco de campo magnético em forma de rosca, conhecido como ponto de campo livre (FFP) No centro de várias bobinas magnéticas alinhadas, os campos se encontram e criam uma gradiente de campo baixo. Em vez de alvejar partes que deveriam se mover, o campo magnético coloca uma força em todas as partes que deveriam não mover. Qualquer coisa que não esteja dentro do FFP é "travada" no lugar pelo gradiente de campo mais alto. Então, ao introduzir um campo magnético rotativo suave, as coisas dentro (e apenas dentro) do FFP irão girar.

Como girar peças em diferentes direções

Para que os parafusos girem de forma independente, os que se destinam a se mover devem estar dentro do FFP. Os parafusos que ficam fora do FFP recebem uma força magnética que os inclina para os lados, evitando que girem, criando o "travamento". No centro, o campo magnético não inclina o parafuso, deixando-o livre para girar no lugar por outro campo magnético. A tecnologia ainda está longe de ser capaz de implementá-la em uma situação da vida real, mas é uma tecnologia impressionante. No entanto, os cientistas foram capazes de acionar individualmente os parafusos tão perto quanto 3 milímetrosseparados. Uma vez que a tecnologia evolua, pode ser capaz de controlar componentes que estão ainda mais próximos.

Uma Bobina de Maxwell [esquerda], essencialmente um conjunto de bobinas ortogonais (representadas por anéis) cria o FFP em torno dos microrrobôs. O dispositivo produz um campo magnético [direita] com uma magnitude próxima a zero no centro. [Fonte da imagem:Yasutoshi Ishihara, Tsuyoshi Kuwabara e Naoki Wadamori]

Aplicações Futuras

A atuação individual de componentes específicos é uma tecnologia incrivelmente útil. Com ele, podem ser feitas bombas mecânicas que não aproximam a eletricidade do fluido interno. Em vez disso, um mecanismo externo poderia operar individualmente um sistema de bombas, escolhendo quais bombas girar e quais "travar". As bombas também funcionariam como válvula, dando a opção de desviar ou interromper completamente o fluxo. Enquanto isso, nenhum componente perigoso entraria em contato com o fluido.

Usando o método acima, um microbot pode ser feito incrivelmente pequeno com unidades de potência e motores, uma vez que seu tamanho não precisa ser considerado como uma restrição. Seguindo em frente, o sistema pode potencialmente controlar robôs mais complexos que podem realizar uma tarefa específica. O sistema será especificamente útil no tratamento de tumores. Usando o método, os robôs que entram no corpo teriam mecanismos de troca que são ativados independentemente. Os robôs podem levar remédios radioativos ou outras cápsulas para a corrente sanguínea. No entanto, o dispositivo de ativação seria colocado apenas sobre o tumor. Então, uma vez que todos os outros robôs são eliminados, apenas aqueles dentro do campo magnético do dispositivo liberariam as cápsulas.

A nova tecnologia dará aos futuros robôs controlados magneticamente um novo nível de liberdade. Em breve, microbots menores e mais complexos serão capazes de realizar operações dentro do corpo com grande precisão, mas sem a necessidade de materiais perigosos. A tecnologia está muito distante, no entanto, o progresso que vem sendo feito a cada dia torna apenas uma questão de tempo até que os robôs atuados magneticamente atinjam um nível de complexidade que os tornará aplicáveis ​​no mundo real.

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Escrito por Maverick Baker

Assista o vídeo: Tiny Robot Works Inside Human Body (Novembro 2020).