Microbots podem ter várias aplicações úteis, particularmente em ambientes biomédicos e de saúde. Por exemplo, devido ao seu pequeno tamanho, essas pequenas máquinas podem ser inseridas dentro do corpo humano, permitindo que médicos realizem exames remotamente ou operem regiões afetadas por doenças.
Desenvolver abordagens que permitem a locomoção eficaz de microrrobôs em contextos médicos, Contudo, é uma tarefa desafiadora devido aos padrões no fluxo de fluidos dentro do corpo humano. Para superar este desafio, estudos anteriores propuseram o uso de máquinas em forma de roda que podem rolar sobre superfícies, como sua estrutura permite propulsão aprimorada e velocidades de tradução mais rápidas.
Apesar de sua promessa, resultados de pesquisas sugerem que esses robôs não se movem bem em superfícies planas e muitas vezes escorregam. Em um novo estudo interessante apresentado em Ciência Robótica , uma equipe de pesquisadores da Colorado School of Mines e da University of Colorado Denver propôs uma nova abordagem que pode ajudar a melhorar a locomoção de microrrobôs em superfícies molhadas.
"Devido às limitações fundamentais na dinâmica dos fluidos em escalas pequenas, é difícil para pequenas máquinas nadar, uma limitação que tentamos superar desenvolvendo métodos baseados em rodas e dirigindo em superfícies disponíveis, "Professor David Marr, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse TechXplore. "Esses métodos são relativamente eficazes, [mas] porque as superfícies dentro do corpo estão molhadas, nossas rodas tendem a escorregar e se deslocar a cerca de 10% de seu máximo teórico. A ideia deste trabalho era desenvolver uma abordagem que evitasse o deslizamento com rodas que se encaixam como engrenagens na superfície de viagem, com efeito, removendo o deslize e levando a uma tradução significativamente mais rápida. "
O Prof. Marr e seus colegas se inspiraram na matemática por trás de estradas e rodas, aplicando esses cálculos a pequenos robôs em forma de roda. Eles descobriram que mudanças específicas na topografia (ou seja, características físicas) da 'micro carga' onde o robô está operando permitem que as micro rodas alcancem velocidades muito mais altas.
Os pesquisadores observaram que solavancos periódicos na micro carga percorrida pelos robôs podem melhorar a tração entre as rodas minúsculas e as paredes próximas. Enquanto em superfícies planas molhadas, as rodas tendem a escorregar. Portanto, Estradas mais acidentadas resultam em um padrão de locomoção composto de rotações com deslizamento e flips antideslizantes. Isso aumenta a velocidade de translação das rodas significativamente, com os robôs se movendo até quatro vezes mais rápido do que fariam em superfícies planas.
"Rodas de formato e tamanho específicos se encaixam perfeitamente em estradas com um formato específico, "Prof. Marr explicou." Enquanto uma roda redonda e uma estrada plana combinam, rodas não redondas combinam com superfícies com ressaltos específicos na estrada. Um objetivo final é desenvolver rodas que correspondam melhor às superfícies in vivo, levando a terapias mais rápidas em doenças onde o tratamento deve ser administrado rapidamente, por exemplo."
Colocar rodas quadradas em um carro pode parecer uma forma contra-intuitiva e ineficiente de melhorar sua locomoção. Contudo, como o Prof. Marr explica, pavimentar adequadamente as superfícies nas quais os microbotões operam é muitas vezes difícil, portanto, nesses casos, um projeto de roda não circular pode realmente ser benéfico.
"Nosso trabalho revelou a importante interação hidrodinâmica entre microdinâmicos e superfície não lisa, enquanto a maioria dos trabalhos na literatura tem se concentrado principalmente na propulsão de micro-robôs em superfícies planas, "Professor Ning Wu, outro pesquisador envolvido no estudo, disse TechXplore. "Uma aplicação de nossas descobertas será a separação de objetos microscópicos com base na simetria ao invés do tamanho."
Os resultados recolhidos por Marr, Wu e seus colegas podem ter várias implicações práticas. Por exemplo, os pesquisadores observaram que as micro-rodas quadradas e em forma de diamante rolam em velocidades semelhantes em uma superfície plana, mas em velocidades muito diferentes em uma estrada esburacada.
Esta simples observação pode informar o design estratégico das superfícies nas quais os microbots irão operar, em última análise, melhorando sua locomoção com base no formato de suas rodas. Alcançar uma rotação mais rápida dessas pequenas máquinas em superfícies acidentadas também pode simplificar sua manipulação enquanto viajam em regiões específicas do corpo humano, como redes vasculares parcialmente obstruídas.
O recente artigo de Marr, Wu e seus colegas oferecem uma nova visão que pode orientar o desenvolvimento de microbots mais eficientes para fins biomédicos. Em seu trabalho futuro, os pesquisadores planejam explorar mais duas direções de pesquisa que podem produzir observações valiosas adicionais.
"Primeiro, vamos utilizar os substratos padronizados topograficamente para separar partículas micro e nanoscópicas em simetria e tamanho, já que demonstramos que eles podem rolar com velocidades diferentes, "Disse o professor Wu." As partículas separadas podem então ser usadas como blocos de construção para fazer estruturas fotônicas com interessantes interações luz-matéria. Outra direção será fazer micro-rodas de materiais macios, como gotículas que podem encapsular drogas. Nosso objetivo final é manobrar essas rodas macias dentro de redes vasculares complexas e usá-las para entregar medicamentos. "
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