Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Waterloo criou materiais inteligentes e avançados que serão os blocos de construção para uma futura geração de microrobôs médicos leves. Eles publicaram seus resultados na Nature Communications.



Esses pequenos robôs têm potencial para realizar procedimentos médicos, como biópsias e transporte de células e tecidos, de forma minimamente invasiva. Eles podem se mover através de ambientes confinados e inundados, como o corpo humano, e entregar cargas delicadas e leves, como células ou tecidos, para uma posição alvo.

Os minúsculos robôs macios têm no máximo um centímetro de comprimento e são biocompatíveis e não tóxicos. Os robôs são feitos de compostos avançados de hidrogel que incluem nanopartículas de celulose sustentáveis ​​derivadas de plantas.

Esta pesquisa, liderada por Hamed Shahsavan, professor do Departamento de Engenharia Química, retrata uma abordagem holística para o projeto, síntese, fabricação e manipulação de microrobôs. O hidrogel utilizado neste trabalho muda de forma quando exposto a estimulação química externa. A capacidade de orientar nanopartículas de celulose à vontade permite aos pesquisadores programar essa mudança de forma, o que é crucial para a fabricação de robôs macios funcionais.

“No meu grupo de pesquisa, estamos unindo o antigo e o novo”, disse Shahsavan, diretor do Smart Materials for Advanced Robotic Technologies (SMART-Lab). "Introduzimos microrobôs emergentes aproveitando a matéria mole tradicional, como hidrogéis, cristais líquidos e colóides."

O outro componente exclusivo deste material inteligente avançado é que ele é autocurável, o que permite programar uma ampla variedade de formatos de robôs. Os pesquisadores podem cortar o material e colá-lo novamente sem usar cola ou outros adesivos para formar diferentes formatos para diferentes procedimentos.

O material pode ser ainda modificado com um magnetismo que facilita o movimento de robôs macios através do corpo humano. Como prova de conceito de como o robô manobraria através do corpo, o minúsculo robô foi movido através de um labirinto por pesquisadores controlando seu movimento por meio de um campo magnético.

"Os engenheiros químicos desempenham um papel fundamental na expansão das fronteiras da pesquisa médica em microrobótica", disse Shahsavan. "Curiosamente, enfrentar os muitos grandes desafios da microrobótica requer o conjunto de habilidades e o conhecimento que os engenheiros químicos possuem, incluindo transferência de calor e massa, mecânica dos fluidos, engenharia de reação, polímeros, ciência da matéria mole e sistemas bioquímicos. Portanto, estamos em uma posição única para introduzir soluções inovadoras caminhos neste campo emergente."

O próximo passo nesta pesquisa é reduzir o robô para escalas submilimétricas.

O grupo de pesquisa de Shahsavan colaborou com Tizazu Mekonnen de Waterloo, professor do Departamento de Engenharia Química, Professora Shirley Tang, Reitora Associada de Ciências (Pesquisa), e Amirreza Aghakhani, professora da Universidade de Stuttgart, na Alemanha.

Mais informações: Rasool Nasseri et al, Nanocompósitos programáveis ​​de nanocristais de celulose e hidrogéis zwitteriônicos para robótica suave, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41874-7
Informações do diário: Comunicações da Natureza

Fornecido pela Universidade de Waterloo