Τα «μαλακά ρομπότ», οι ιατρικές συσκευές, και οι καινοτόμες μέθοδοι χορήγησης φαρμάκων ενδέχεται σύντομα να καθοδηγούνται με μαγνητισμό, χάρη σε ένα νέο μαγνητικό τζελ χωρίς μέταλλα. Αυτό το τζελ αναπτύχθηκε από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν και του Ινστιτούτου Μαξ Πλανκ για Ευφυή Συστήματα στη Στουτγάρδη της Γερμανίας.
Το νέο υλικό είναι το πρώτο του είδους του, καθώς περιλαμβάνει μαγνητικά μόρια με βάση τον άνθρακα που είναι χημικά συνδεδεμένα με το μοριακό δίκτυο της γέλης. Αυτό δημιουργεί έναν εύκαμπτο μαγνήτη με μεγάλη διάρκεια ζωής, ιδανικό για χρήση στη μαλακή ρομποτική. Η μελέτη που περιγράφει το συγκεκριμένο υλικό δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Matter.
Η ανάγκη για εύκαμπτα ρομπότ
Η κατασκευή ρομπότ από ευέλικτα υλικά επιτρέπει τη χρήση τους σε περιβάλλοντα και καταστάσεις που τα παραδοσιακά, πιο άκαμπτα ρομπότ δε θα μπορούσαν να αντέξουν. Για παράδειγμα, τα μαλακά ρομπότ μπορούν να κινούνται σε περιορισμένους χώρους, να χειρίζονται ευαίσθητα αντικείμενα, και να εξερευνούν περιοχές που θα κατέστρεφαν πιο σκληρές μηχανές. Τα άκαμπτα ρομπότ θα συντρίβονταν υπό την πίεση του βαθέος ωκεανού ή θα προκαλούσαν ζημιά στους ανθρώπινους ιστούς κατά τη διάρκεια ιατρικών επεμβάσεων.
Όπως εξηγεί ο Abdon Pena-Francesch, επίκουρος καθηγητής επιστήμης υλικών και μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, «Αν θέλουμε να κάνουμε τα ρομπότ μαλακά, πρέπει να βρούμε νέους τρόπους για να τους δώσουμε δύναμη και να τα κάνουμε να κινούνται ώστε να μπορούν να εκτελούν εργασίες».
Τα οφέλη των μαγνητών χωρίς μέταλλα
Οι σημερινές μαλακές ρομποτικές εφαρμογές βασίζονται κυρίως σε υδραυλικά συστήματα ή μηχανικά καλώδια, τα οποία όμως απαιτούν τη σύνδεση των ρομπότ με εξωτερικές πηγές ενέργειας ή ελεγκτές. Αυτό περιορίζει τις δυνατότητές τους να μετακινούνται ελεύθερα. Οι μαγνήτες, ωστόσο, μπορούν να προσφέρουν μεγαλύτερη ευελιξία, επιτρέποντας στα ρομπότ να κινούνται μέσω μαγνητικών πεδίων.
Παρά τα πλεονεκτήματα που προσφέρουν οι παραδοσιακοί μεταλλικοί μαγνήτες, δημιουργούν και προβλήματα. Για παράδειγμα, μπορεί να επηρεάσουν την ευελιξία των μαλακών ρομπότ ή να είναι τοξικοί όταν χρησιμοποιούνται σε ιατρικές εφαρμογές.
Το νέο τζελ χωρίς μέταλλα θα μπορούσε να είναι μια μη τοξική εναλλακτική λύση για ιατρικές επεμβάσεις. Με επιπλέον τροποποιήσεις στη χημική του δομή, το υλικό θα μπορούσε να υποβαθμίζεται με ασφάλεια τόσο στο περιβάλλον όσο και στο ανθρώπινο σώμα. Αυτό σημαίνει ότι τέτοιοι βιοδιασπώμενοι μαγνήτες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε κάψουλες για την καθοδήγηση φαρμάκων σε συγκεκριμένα σημεία του σώματος, χωρίς να χρειάζεται να αφαιρεθούν με χειρουργική επέμβαση.
Όπως σημειώνει ο Pena-Francesch, «Αν τα υλικά αυτά μπορούν να αποικοδομηθούν με ασφάλεια στο σώμα, δε θα χρειάζεται να αφαιρούνται μέσω επιπλέον χειρουργικών επεμβάσεων».
Η τεχνολογία πίσω από το μαγνητικό τζελ
Το νέο τζελ αποτελείται αποκλειστικά από μόρια με βάση τον άνθρακα. Το κύριο συστατικό είναι το TEMPO, ένα μόριο που περιέχει ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο. Κάτω από την επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου, το σπιν των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων του TEMPO ευθυγραμμίζεται, κάνοντας το τζελ να προσελκύεται από άλλα μαγνητικά υλικά.
Πρόσθετα μόρια διασταυρούμενης σύνδεσης βοηθούν στη δημιουργία ενός συμπαγούς μοριακού πλαισίου που προστατεύει τα ηλεκτρόνια TEMPO από το να σχηματίσουν δεσμούς μεταξύ τους, διατηρώντας τις μαγνητικές ιδιότητες του τζελ. Αυτή η δομή εμποδίζει τα μαγνητικά μόρια να διαρρεύσουν, κάτι που τα καθιστά ασφαλή για ιατρικές εφαρμογές.
Προοπτικές για το μέλλον
Παρά το γεγονός ότι οι μαγνήτες TEMPO είναι πιο αδύναμοι από τους μεταλλικούς, παραμένουν αρκετά ισχυροί για την πραγματοποίηση κρίσιμων εργασιών, όπως η καθοδήγηση ρομπότ ή ιατρικών συσκευών. Ένα ακόμη πλεονέκτημα είναι ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συνδυασμό με τεχνολογίες μαγνητικής τομογραφίας (MRI), χωρίς να προκαλούν παραμόρφωση στις εικόνες, κάτι που συμβαίνει με τους παραδοσιακούς ισχυρούς μαγνήτες.
Σύμφωνα με τον Metin Sitti, πρώην διευθυντή του Τμήματος Φυσικής Νοημοσύνης στο Ινστιτούτο Ευφυών Συστημάτων Max Planck, «Οι ιατρικές συσκευές που χρησιμοποιούν τους μαγνήτες TEMPO θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη μεταφορά φαρμάκων σε στοχευμένες περιοχές και για τη μέτρηση της πρόσφυσης των ιστών και της μηχανικής τους στον γαστρεντερικό σωλήνα, μέσω MRI».
Η τεχνολογία αυτή ανοίγει νέους δρόμους για την ανάπτυξη μαλακών ρομπότ και ιατρικών συσκευών, προσφέροντας λύσεις που είναι ταυτόχρονα ασφαλείς και αποτελεσματικές.
