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#Neues aus der Industrie
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MIT deckt Ingestible-Origami-Roboter auf
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in den Experimenten, die eine Simulation des menschlichen Ösophagus und des Magens mit einbeziehen, haben Forscher an MIT, die Universität von Sheffield und die Tokyo-Fachhochschule einen kleinen Origamiroboter demonstriert, der von einer geschluckten Kapsel und, gesteuert durch von externen Magnetfeldern, von einem Schleichen über der Magenwand sich ausbreiten kann, um eine geschluckte Knopfzelle zu entfernen oder eine Wunde auszubessern.
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Das neue Werk, das die Forscher diese Woche bei der Internationalen Konferenz auf Robotik und Automatisierung, bei den Gestalten auf einer langen Reihenfolge von Papieren auf Origamirobotern von der Forschungsgruppe von Daniela Rus, beim Andrew und bei Erna Viterbi Professor in Abteilung MITs der Elektrotechnik und der Informatik darstellen.
„Es ist wirklich aufregend, unsere kleinen Origamiroboter zu sehen, etwas mit möglichen wichtigen Anwendungen zum Gesundheitswesen zu tun,“ sagt Rus, das auch Informatik-und künstliche Intelligenz-Labor MITs (CSAIL) verweist. „Für Anwendungen innerhalb des Körpers, benötigen wir ein kleines, kontrollierbares, untethered Robotersystem. Es ist wirklich schwierig, einen Roboter innerhalb des Körpers zu steuern und zu setzen, wenn der Roboter wird befestigt zu einer Leine.“
Verbindungsrus auf dem Papier sind erster Shuhei Miyashita Autor, der ein postdoc an CSAIL war, als die Arbeit erledigt wurde und jetzt ein Lektor in der Elektronik an der Universität von York ist, in England; Steven Guitron, ein Student im Aufbaustudium im Maschinenbau; Shuguang Li, ein CSAIL-postdoc; Kazuhiro Yoshida von Tokyo-Fachhochschule, das MIT auf Forschungsjahr besichtigte, als die Arbeit erledigt wurde; und Dana Damian der Universität von Sheffield, in England.
Obgleich der neue Roboter ein Nachfolger bis einen ist, der letztes Jahr bei der gleichen Konferenz berichtet wird, ist der Entwurf seines Körpers erheblich unterschiedlich. Wie sein Vorgänger, kann sich er antreiben unter Verwendung, was eine „Stockbeleg“ Bewegung genannt wird, in der seine Anhänge an einer Oberfläche durch Reibung festhalten, wenn sie eine Bewegung durchführt, aber der Beleg frei wieder, wenn sein Körper biegt, um seine Gewichtsverteilung zu ändern.
Auch wie sein Vorgänger — und wie einige andere Origamiroboter von der Rus-Gruppe — der neue Roboter besteht zwei Schichten aus strukturellem Material ein Material einschiebend, das schrumpft, wenn es erhitzt wird. Ein Muster von Schlitzen in den äußeren Schichten bestimmt, wie der Roboter wenn die mittleren Schichtverträge sich faltet.
Materieller Unterschied
Der vorgestellte Gebrauch des Roboters schrieb auch einen Wirt von strukturellen Änderungen vor. „Stock-Beleg bearbeitet nur, wenn, eins, der Roboter genug und klein ist, zwei, ist der Roboter genug steif,“ sagt Guitron. „Mit dem ursprünglichen Plastik-Entwurf, war es viel steifer als der neue Entwurf, der basiert auf einem biocompatible Material.“
Um die biocompatible relative Gefügigkeit des Materials zu entschädigen, mussten die Forscher einen Entwurf finden der weniger Schlitze erforderte. Gleichzeitig erhöhen die Falten des Roboters seine Steifheit entlang bestimmten Äxten.
Aber, weil der Magen mit Flüssigkeiten gefüllt wird, beruht der Roboter völlig nicht auf Stockbelegbewegung. „In unserer Berechnung, ist 20 Prozent Vorwärtsbewegung durch antreibenden wasser- Schub — und 80 Prozent ist durch Stockbelegbewegung,“ sagt Miyashita. „In dieser Hinsicht, stellten wir aktiv vor und wendeten das Konzept und die Eigenschaften der Flosse am Körperentwurf an, den Sie im verhältnismäßig flachen Entwurf sehen können.“
Es musste möglich auch sein, den Roboter genug zusammenzudrücken, dass es innerhalb einer Kapsel für das Schlucken passen könnte; ähnlich als die Kapsel sich auflöste, mussten die Kräfte, die nach dem Roboter handeln, genug stark sein, ihn zu veranlassen, völlig auszubreiten. Durch einen Designprozess, den Guitron als „größtenteils Versuch und Fehler beschreibt,“ kamen die Forscher in einem rechteckigen Roboter mit Akkordeonfaltensenkrechtem zu seinem Längsachsen und zu geklemmten Ecken an, die als Punkte von Zugkraft auftreten.
In der Mitte von einer der Vorwärtsakkordeonfalten ist ein Dauermagnet, das auf ändernde Magnetfelder außerhalb des Körpers reagiert, die die Bewegung des Roboters steuern. Die Kräfte trafen auf den Roboter sind hauptsächlich Rotations zu. Eine schnelle Rotation macht es Drehbeschleunigung an Ort und Stelle, aber eine langsamere Rotation veranlaßt sie, herum ein seiner örtlich festgelegten Füße zu schwenken. In den Experimenten der Forscher benutzt der Roboter den gleichen Magneten, um die Knopfzelle aufzuheben.
Schweinepräzedenzfälle
Die Forscher prüften ungefähr Dutzend verschiedene Möglichkeiten auf das strukturelle Material, bevor sie auf der Art des getrockneten Schweindarmes vereinbarten, der in den Naturdärmen benutzt wird. „Wir wendeten viel Zeit an den asiatischen Märkten auf und der Chinatown-Markt, welche nach Materialien sucht,“ sagt Li. Die schrumpfend Schicht ist ein biologisch abbaubarer Psychiater, den Verpackung Biolefin nannte.
Um ihren synthetischen Magen zu entwerfen, kauften die Forscher einen Schweinmagen und prüften seine mechanischen Eigenschaften. Ihr Modell ist ein offener Querschnitt des Magens und des Ösophagus, geformt von einem Silikonkautschuk mit dem gleichen mechanischen Profil. Eine Mischung des Wassers und des Zitronensaftes simuliert die säurehaltigen Flüssigkeiten im Magen.
Jedes Jahr, werden 3.500 geschluckte Knopfzellen in den US allein berichtet. Häufig werden die Batterien normalerweise verdaut, aber, wenn sie in längeren Kontakt mit dem Gewebe des Ösophagus oder des Magens kommen, können sie einen elektrischen Strom verursachen, der Hydroxid produziert, das das Gewebe brennt. Miyashita setzte eine kluge Strategie ein, um Rus zu überzeugen, dass der Abbau von geschluckten Knopfzellen und von Behandlung von konsequenten Wunden eine unwiderstehliche Anwendung ihres Origamiroboters war.
„Shuhei kaufte ein Stück des Schinkens, und er setzte die Batterie auf den Schinken,“ sagt Rus. „Innerhalb der halben Stunde, wurde die Batterie völlig in den Schinken versenkt. Damit mich feststellen ließ, dass ja dieses wichtig ist. Wenn Sie eine Batterie in Ihrem Körper haben, wünschen Sie ihn wirklich heraus so bald wie möglich.“
„Dieses Konzept ist in hohem Grade kreativ und in hohem Grade praktisch, und es spricht einen klinischen Bedarf auf eine elegante Art an,“ sagt Bradley Nelson, einen Professor der Robotik an der Schweizer Bundesfachhochschule Zürich. „Es ist eine der überzeugendsten Anwendungen der Origamiroboter, die ich habe gesehen.“