Opracowywanie miękkich robotów dzięki robakom
Miękka robotyka inspirowana przyrodą obejmuje urządzenia wykonane z niezwykle elastycznych materiałów, w tym z silikonu i płynów, zamiast z różnych metali i stopów. Takie rozwiązania mogą być stosowane w wielu obszarach, od medycyny po eksplorację kosmosu. „Jednym z najlepiej zbadanych przykładów w przyrodzie jest ośmiornica, która posiada niesamowite umiejętności”, wyjaśnia Arianna Menciassi, koordynatorka projektu MAPWORMS(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z Sant'Anna School of Advanced Studies(odnośnik otworzy się w nowym oknie) we Włoszech. „Ma długie, miękkie ramiona, które są w stanie wydłużać się i wytwarzać dużą siłę. Może też wykorzystywać je do chwytania”. Menciassi porównuje macki do ludzkiego ramienia, które może zginać się w stałych miejscach - w nadgarstku, łokciu i barku. Dzięki temu możemy układać nasze ramiona tylko w określone sposoby. Macki ośmiornicy charakteryzują się z kolei niemal nieograniczoną mobilnością.
Miękkie roboty medyczne
Zespół finansowanego ze środków Europejskiej Rady ds. Innowacji(odnośnik otworzy się w nowym oknie) projektu MAPWORMS zainspirował się innymi zwierzętami – pierścienicami. Ten robak wodny żyje w osadach, zakotwicza się w otworach i szczelinach oraz bada otoczenie wychylając się i wydłużając swoje ciało. Potrafi także chować się, by uniknąć drapieżników. „Ma też trąbkę, którą jest w stanie wydłużyć trzykrotnie”, zauważa Menciassi. „Naszym zdaniem ta umiejętność może okazać się bardzo interesująca w kontekście wielu rozwiązań, w tym w urządzeniach medycznych”. Menciassi była członkinią zespołu wcześniejszego projektu finansowanego ze środków Unii Europejskiej o nazwie BIOLOCH, który zajmował się lokomocją gąsienic z myślą o usprawnieniu kolonoskopii. Prace stanowiły inspirację do rozpoczęcia projektu MAPWORMS.
Modelowanie matematyczne i nowatorskie materiały
Zespół zgromadził wielu ekspertów zajmujących się różnymi dziedzinami. Zespół biologów zebrał pierścienice, aby badać je w akwariach. Inny zespół ekspertów skupił się na strukturze biologicznej tych robaków, aby przeanalizować mechanizmy, na których opiera się ruch tych zwierząt. W tym celu badacze wykorzystali najnowocześniejsze techniki obrazowania. Prace zaowocowały opracowaniem modeli matematycznych wyjaśniających sposób, w jaki robaki wychylają się z mułu, chowają się i pełzają. Modele te były niezbędne do zaprogramowania zachowania robota imitującego robaka zbudowanego przez zespół pod kierunkiem Menciassi. W ramach tych prac powstały nowe materiały na bazie hydrożeli – miękkich, elastycznych sieci hydrofilowych polimerów, które mogą wchłaniać wodę. Nowatorskie materiały mogą reagować na bodźce takie jak światło, pH i określone substancje chemiczne. Dzięki tym pracom powstał materiał, który odtwarza mechanizmy układów biologicznych i pozwala niewielkiemu mikrourządzeniu na wysuwanie się i pełzanie.
Badanie możliwości zastosowania w medycynie
Projekt zaowocował sukcesem i zakończył się zbudowaniem prototypu urządzenia, które odtwarza zdolność pierścienic do wysuwania się z podłoża i pełzania. Ważnym elementem tych prac było zastosowanie aktywatorów magnetycznych, które pozwalają na zginanie, dokręcanie i zmianę kształtu urządzenia, podobnie jak robią to robaki w naturze. Tego typu aktywatory magnetyczne są również miękkie - składają się z cząsteczek krzemu i żelaza. „Udało nam się też osiągnąć wyniki istotne z biologicznego punktu widzenia”, dodaje Menciassi. „W ramach badań zgromadziliśmy nowe informacje na temat samych pierścienic”. Zespół opracował bazę danych i informacji biologicznych, która umożliwi lepsze zrozumienie taksonomii i zachowania pierścienic, a także środowiska, w którym żyją. Obecnie zespół zamierza skupić się na badaniu potencjalnych zastosowań nowej technologii. Jednym z partnerów projektu jest austriacki ośrodek badawczy ACMIT, który specjalizuje się w rozwiązaniach medycznych. Badacze mają nadzieję, że jednym z obszarów zastosowań mogą być operacje mózgu - nowatorski robot posłuży do wprowadzania mikroskopijnych narzędzi do wnętrza narządu. Ponadto nowe rozwiązanie może usprawnić przeprowadzanie zabiegów operacyjnych przez kanał nosowy.
