جدید ترین روش شیمایی برای کنترل ربات های پزشکی

این مواد جزو اولین مولکول‌های مغناطیسی مبتنی بر کربن است که به شبکه مولکولی یک ژل متصل شده‌اند و به صورت یک مغناطیس انعطاف‌پذیر و دیرپای برای ربات‌های نرم عمل می کند.اطلاعات معرفی این ماده امروزی در ژورنال Matter منتشر شده است.

ساخت ربات‌ها از مواد انعطاف‌پذیر این امکان را می‌دهد که به شکل‌های منحصر به فرد خود خم شوند، با اشیاء حساس کار کنند و در مکان‌هایی که ربات‌های دیگر نمی‌توانند وارد شوند، کاوش کنند. ربات‌های سفت‌تر در فشار عمیق اقیانوس فشرده می‌شوند یا ممکن است انسجام‌های حساس در بدن انسان را آسیب بزنند، به عنوان مثال.

“اگر ربات‌ها را نرم کنید، باید راه‌های جدیدی برای قدرت دادن به آنها و جلوه دادن به آنها برای انجام کار پیدا کنید،” گفته شده است، “آبدون پنا-فرانچس، استاد دانشکده علوم و مهندسی مواد و عضو مؤسسه روباتیک دانشگاه میشیگان و یکی از نویسندگان مطالعه.

نمونه‌های امروز به طور معمول با استفاده از هیدرولیک یا سیم‌های مکانیکی حرکت می‌کنند، که نیازمند اتصال ربات به یک منبع تغذیه یا کنترل‌کننده است، که همچنین محدودیت‌های جا به جایی را فراهم می‌کند. مغناطیس می‌تواند این ربات‌ها را آزاد کرده و اجازه دهد که تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی حرکت کنند.

با این حال، مغناطیس‌های متداول، فلزی ممکن است که مشکلات خود را بوجود آورند. آنها ممکن است انعطاف‌پذیری ربات‌های نرم را کاهش دهند و برای برخی از کاربردهای پزشکی، مشکل ساز باشند.

ژل جدید ممکن است یک جایگزین بدون دشواری برای عملیات پزشکی باشد، و اصلاحات بیشتر در ساختار شیمیایی مغناطیس ممکن است کمک کند تا آن در محیط و بدن انسان تجزیه شود. چنین مغناطیس‌های قابل تجزیه‌پذیر می‌توانند در کپسول‌ها استفاده شوند که به مکان‌های هدف بدن هدایت شده و دارو را رها کنند.

“اگر این مواد به طور ایمن در بدن شما تجزیه شوند، نیازی به انجام جراحی دیگر برای خارج کردن آنها نداریم”، گفته شده است، “این آزمایشات هنوز کافی نیستند، اما این مواد ممکن است در آینده ای نه چندان دور عملیات پزشکی جدیدتر و ارزان‌تر را فراهم کنند.”

ژل معناطیسی از مولکول‌های مبتنی بر کربن تشکیل شده است. مواد کلیدی شامل TEMPO است، یک مولکول با الکترون “آزاد” که با یک الکترون دیگر داخل اتصال اتمی جفت نشده است.

گردش هر الکترون TEMPO بی‌جفت در ژل زیر میدان مغناطیسی هم‌جهت می‌شود، که ژل را به سایر مواد مغناطیسی جذب می‌کند.

مولکول‌های “ترکیب‌زنی اضافی” در ژل مانند یک چهارچوب عمل می‌کنند که مولکول‌های TEMPO را به ساختار شبکه جامد متصل می‌کنند و هم‌چنین یک قفس حفاظتی را دور الکترون‌های TEMPO می‌سازند. این قفس از جلوگیری از اتصال‌های الکترون‌های بی‌جفت که باعث از دست رفتن خواص مغناطیسی ژل می‌شوند.

“مطالعات اولیه این مولکول‌های کوچک به اینگونه بود که  مغناطیسی را در یک ژل غوطه ور کرده بودند، اما این مواد ممکن بود خارج از ژل نشت کنند”، گفته شده است، “با یکپارچه‌سازی مولکول‌های مغناطیسی در شبکه ژل ترکیب‌زنی، آنها درون آن ثابت می‌شوند.”

قفل کردن مولکول‌های TEMPO داخل ماده اطمینان می‌دهد که ژل مواد مضر TEMPO را در بدن آزاد نمیکند و به مواد مغناطیسی خود بیش از یک سال پایداری می‌بخشد. این مغناطیس‌ها نسبت به مغناطیس‌های فلزی ضعیفتر هستند، اما به اندازه کافی قوی هستند تا با یک مغناطیس دیگر کشیده و خم شوند. اما ضعیف بودن مغناطیس آنها مزایایی به همراه دارد زیرا مغناطیس‌های TEMPO می‌توانند توسط دستگاه MRI عکس‌برداری شوند و به بیمارانی که قصد استفاده MRI را دارند این امکان را فراهم می کند.