O robô semelhante a uma boneca Matryoshka muda sua forma em tempo real e in situ

Até agora, quando os cientistas criaram robôs magnéticos, seus perfis de magnetização eram geralmente fixos, permitindo apenas um tipo específico de capacidade de programação de formas usando campos magnéticos externos aplicados. Pesquisadores do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes (MPI-IS) propuseram agora um novo método de reprogramação de magnetização que pode expandir drasticamente a complexidade e a diversidade dos recursos de programação de formas de tais robôs.

Eles construíram um robô macio com um perfil de magnetização que pode ser alterado em tempo real e in situ. Suas descobertas são publicadas em Natureza.

Liderado pelo Prof. Dr. Metin Sitti no Departamento de Inteligência Física (PI) da MPI-IS em colaboração com a Universidade Koç em Istambul, Turquia, a equipe empilhou vários tubos um no outro, como bonecas Matryoshka.

Cada tubo contém uma ou mais unidades magnéticas, e o perfil de magnetização de cada unidade magnética pode ser pré-programada sob demanda. Quando a configuração de empilhamento dos tubos muda através de outro método de atuação não magnética, como deslizar os tubos separados ou mais próximos, a posição relativa das unidades magnéticas e, consequentemente, o perfil de magnetização de toda a pilha, altera.

Essa geração em tempo real e a transformação de formas não foi possível com robôs magnéticos anteriores. Agora, no entanto, com o campo magnético mantido constante, um tubo pode mudar de uma linha reta para uma hélice ou deformar na direção oposta. Além disso, essa abordagem pode ser estendida a estruturas bidimensionais e tridimensionais, permitindo alternar em tempo real entre vários modos de deformação sem alterar o campo magnético.

Embora o foco nos Institutos Max Planck esteja principalmente na pesquisa básica orientada por curiosidade, a equipe também explorou como esse método poderia ser aplicado em vários cenários, como navegar em torno de objetos sem contato indesejado, reprogramar matrizes de cílios e coordenar vários instrumentos cooperativamente ou independentemente no mesmo campo magnético.

No entanto, esta pesquisa também pode ter aplicações práticas um dia. Por exemplo, na medicina-principalmente em tratamentos minimamente invasivos e guiados por imagem para doenças vasculares. Durante esses procedimentos, os médicos guiam um cateter e um fio guia através dos vasos sanguíneos até a lesão alvo para diagnóstico ou terapia.

À medida que o cateter navega vasos curvos, o atrito e o contato com a parede do vaso são inevitáveis, o que pode causar danos que atrasam a recuperação e, em casos graves, resulta em complicações médicas. Os pacientes mais velhos, em particular, geralmente decidem contra esses procedimentos, optando pela medicação.

A nova tecnologia oferece uma alternativa convincente: ajustando o perfil de magnetização do cateter em tempo real para corresponder ao caminho à frente, o atrito e o contato podem ser bastante reduzidos – ou até eliminados completamente – enquanto navegava em embarcações curvas. Isso minimizaria os danos ao tecido delicado, promoveria a recuperação mais rápida e tornaria as intervenções vasculares uma opção viável para pacientes que, de outra forma, seriam excluídos desses procedimentos devido à idade ou fragilidade do vaso.

“Essa pilha de tubos pode se tornar o princípio orientador de uma nova tecnologia de cateter no futuro. Embora essa seja uma pesquisa básica no seu melhor, vemos alto potencial para traduzir esse trabalho em diversas aplicações do mundo real em um futuro próximo”, diz Sitti, ex-diretor do Departamento de PI da MPI e agora presidente da Universidade Koç em Istanbul.

“Nosso objetivo inicial era desenvolver um método que pudesse alterar um perfil de magnetização em tempo real e in situ”, diz Xianqiang Bao, o primeiro autor da publicação. “Durante a pesquisa, descobrimos capacidades inesperadas, como retenção de formas e neutralização magnética, que abrem novas possibilidades para tecnologias como design de cateter e reprogramação de matriz de cílios”.

Fan Wang e Jianhua Zhang, os outros dois autores co-primeiro da publicação, Estado, “Este trabalho fundamental oferece muitos cenários de aplicação em potencial. Em nossas pesquisas futuras, pretendemos integrar esse método em aplicações específicas e explorar sua viabilidade em outros campos”.