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Aquabots: robot liquidi Ultrasoft per applicazioni biomediche e ambientali

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Aquabots: robot liquidi Ultrasoft per applicazioni biomediche e ambientali
Il rendering amplificato degli aquabot. La micrografia nell’angolo in basso a sinistra è la forma piegata “σ” dell’aquabot. La micrografia nell’angolo in alto a destra rappresenta le strutture compartimentali dell’aquabot. Ristampato con il permesso di {Zhu, Shipei, et al. “Acquabot.” ACS nano (2022).} Copyright {2022} Società chimica americana.

Negli ultimi anni, i robotici hanno sviluppato un’ampia varietà di sistemi robotici con diverse strutture e capacità del corpo. La maggior parte di questi robot sono realizzati con materiali duri, come metalli, o materiali morbidi, come silicone e materiali gommosi.

I ricercatori dell’Università di Hong Kong (HKU) e del Lawrence Berkeley National Laboratory hanno recentemente creato Aquabots, una nuova classe di robot morbidi che sono efficientemente fatti di liquidi. Poiché la maggior parte dei sistemi biologici è costituita in modo efficiente da acqua o altre soluzioni acquose, i nuovi robot, introdotti in un articolo pubblicato su ACS Nanopotrebbe avere applicazioni biomediche e ambientali di grande valore.

“Siamo stati impegnati nello sviluppo di assemblaggi interfacciali adattivi di materiali all’interfaccia olio-acqua e acqua-acqua utilizzando nanoparticelle e polielettroliti,” Ho Cheung (Anderson) Shum, Thomas P. Russell e Shipei Zhu hanno detto a TechXplore via e-mail. “La nostra idea era quella di assemblare i materiali che l’interfaccia e gli assiemi bloccano nelle forme dei liquidi. Le forme sono dettate utilizzando forze esterne per generare forme arbitrarie o utilizzare la stampa 3D completamente liquida per poter organizzare spazialmente gli assiemi.”

Shum, Russell, Zhu e i loro colleghi hanno accoppiato tecniche di stampa 3D completamente liquide con assiemi a due fasi acquosi (ATPS), strategie per l’assemblaggio di strutture 3D, per realizzare costrutti artificiali che imitano i sistemi biologici. Gli ATPS sono un’area chiave di interesse per il gruppo di ricerca dell’HKU guidato dal professor Shum.

L’idea per il recente articolo è nata quando Zhu, uno studente laureato all’HKU all’epoca, iniziò a riflettere sulla possibilità di integrare nanoparticelle magnetiche nei sistemi di assemblaggio ATPS. Ciò consentirebbe loro di dirigere il movimento dei costrutti ATPS utilizzando campi magnetici esterni, che produrrebbero sistemi robotici ultra morbidi, flessibili e che possono essere adattati per funzioni specifiche.

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“La nostra carta è il culmine delle fatiche di Zhu,” Dissero Shum e Russell. “Gli attuali robot morbidi sono realizzati per materiali come i poli(dimetilsilossani) che sono ottimi per la flessibilità ma hanno dei limiti, come la misura in cui è possibile comprimerli. Funzionali con funzioni chimiche specifiche è importante per la cattura e la consegna dei materiali, ma è difficile. Aquabots supera questi limiti.”

I robot introdotti da questo team di ricercatori sono stati assemblati in ambienti acquosi. Ciò significa che possono operare in ambienti acquosi e possono anche essere adattati per completare compiti specifici utilizzando composti idrosolubili.

“Gli Aquabot creano nuove opportunità per replicare materiali e caratteristiche bio-ispirati, come la permeabilità dinamica e la compartimentazione,” Dissero Russell e Zhu. “I robot sono completamente acquosi, con acqua all’interno e acqua all’esterno. Sono facilmente funzionalizzabili per essere biocompatibili, quindi non è difficile immaginare bioapplicazioni, cioè all’interno del corpo, dove tali costrutti potrebbero essere utili.”

Le strutture Aquabot introdotte nel recente articolo del team sono molto semplici, in quanto sono un prototipo che dimostra come potrebbero essere assemblate. In futuro, tuttavia, lo stesso processo potrebbe essere utilizzato per creare strutture più complesse in grado di affrontare compiti più avanzati.

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“Il nostro studio dimostra la capacità di costruire robot e condurre funzioni robotiche basate sulla fabbricazione acquosa e ispira la progettazione di robot acquosi simili per applicazioni, come la micromanipolazione biomedica,” Shum, dissero Russell e Zhu. “Immagina di avere una semplice struttura tubolare con funzionalità integrate che ti permetterebbero di fabbricare una struttura specifica nel corpo, un robot autoassemblante che potrebbe far passare le parti attraverso canali molto stretti in uno scomparto più grande dove le parti morbide e flessibili potrebbero quindi autoassemblare per eseguire un compito, quindi smontare e rimuovere,”

In futuro, Aquabots potrebbe aprire interessanti possibilità per numerose applicazioni biomediche e ambientali del mondo reale. Ad esempio, potrebbero essere utilizzati per somministrare farmaci in posizioni specifiche all’interno del corpo umano, per ingegnerizzare biologicamente il tessuto umano e per svolgere artificialmente le funzioni di specifici sistemi biologici.

“Stiamo ora tentando di incorporare un idrogel all’interno dell’assemblaggio dei robot, in modo da poter ottenere cambiamenti di forma completamente reversibili,” Shum ha aggiunto. “Nei nostri prossimi lavori, varrebbe anche la pena esaminare altre proprietà e funzioni abilitate dalla piattaforma Aquabot, oltre alla manipolazione meccanica proof-of-concept e alle reazioni chimiche dimostrate nel documento. Sarebbe interessante combinare questo con altri approcci microfluidici e robotici per nuove applicazioni.”


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