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Le MIT indique le robot d'origami d'Ingestible

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dans les expériences comportant une simulation de l'oesophage et de l'estomac humains, les chercheurs au MIT, l'université de Sheffield, et l'Institut de Technologie de Tokyo ont démontré un robot minuscule d'origami qui peut se dévoiler d'une capsule avalée et, orienté par des champs magnétiques externes, d'un rampement à travers le mur d'estomac pour enlever une batterie avalée de bouton ou pour raccorder une blessure.

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Les travaux récents, que les chercheurs présentent cette semaine à la Conférence Internationale sur la robotique et l'automation, aux constructions sur un long ordre des papiers sur des robots d'origami du groupe de recherche de Daniela Rus, à l'Andrew et à l'Erna Viterbi Professor dans le département du MIT de l'électrotechnique et de l'informatique.

« Il est vraiment passionnant pour voir nos petits robots d'origami faire quelque chose avec des applications importantes potentielles aux soins de santé, » dit Rus, qui dirige également le laboratoire d'intelligence de l'informatique et artificielle de MITs (CSAIL). « Pour des applications à l'intérieur du corps, nous avons besoin d'un petit, contrôlable, untethered système de robot. Il est vraiment difficile de commander et placer un robot à l'intérieur du corps si le robot est attaché à une longe. »

Rus de adhésion sur le papier sont le premier Shuhei Miyashita auteur, qui était un postdoc à CSAIL quand le travail a été effectué et est maintenant un conférencier dans l'électronique à l'université de York, en Angleterre ; Steven Guitron, un étudiant de troisième cycle en industrie mécanique ; Shuguang Li, un postdoc de CSAIL ; Kazuhiro Yoshida de l'Institut de Technologie de Tokyo, qui visitait le MIT sur sabbatique quand le travail a été effectué ; et Dana Damian de l'université de Sheffield, en Angleterre.

Bien que le nouveau robot soit un successeur à un rapporté à la même conférence l'année dernière, la conception de son corps est sensiblement différente. Comme son prédécesseur, elle peut se propulser utilisant ce qui s'appelle un mouvement de « bâton-glissement », dans lequel ses annexes collent à une surface par le frottement quand elle exécute un mouvement, mais glissement libre encore quand son corps fléchit pour changer sa distribution de poids.

Également comme son prédécesseur — et comme plusieurs autres robots d'origami du groupe de Rus — le nouveau robot se compose de deux couches de matériel structurel serrant un matériel qui se rétrécit une fois de chauffage. Un modèle des fentes dans les couches externes détermine comment le robot se pliera quand les contrats moyens de couche.

Différence matérielle

L'utilisation envisagée du robot a également dicté une foule de modifications structurelles. le « Bâton-glissement fonctionne seulement quand, on, le robot est assez petit et, deux, le robot est assez raide, » dit Guitron. « Avec la conception originale de Mylar, il était beaucoup plus raide que la nouvelle conception, qui est basée sur un matériel biocompatible. »

Pour compenser la malléabilité relative du matériel biocompatible, les chercheurs ont dû proposer une conception qui a exigé moins fentes. En même temps, les plis du robot augmentent sa rigidité le long de certaines haches.

Mais parce que l'estomac est rempli de fluides, le robot ne se fonde pas entièrement sur le mouvement de bâton-glissement. « Dans notre calcul, 20 pour cent de marche avant sont en propulsant l'eau — poussez — et 80 pour cent sont par mouvement de bâton-glissement, » dit Miyashita. « À cet égard, nous avons activement présenté et nous sommes appliqués le concept et les caractéristiques de l'aileron à la conception de corps, que vous pouvez voir dans la conception relativement plate. »

Il a dû également être possible de comprimer assez le robot qu'il pourrait s'adapter à l'intérieur d'une capsule pour l'ingestion ; pareillement, quand la capsule s'est dissoute, les forces agissant sur le robot ont dû être assez fortes pour le faire dévoiler entièrement. Par un processus de conception que Guitron décrit en tant que « en grande partie test et erreur, » les chercheurs sont arrivés à un robot rectangulaire avec la perpendiculaire de pliages accordéon à ses coins d'axe long et pincés qui agissent en tant que points de traction.

Au centre d'un des pliages accordéon en avant est un aimant permanent qui répond aux champs magnétiques changeants en dehors du corps, qui commandent le mouvement du robot. Les forces ont appliqué au robot sont principalement de rotation. Une rotation rapide lui fera la rotation en place, mais une rotation plus lente la fera pivoter environ un de ses pieds fixes. Dans les expériences des chercheurs, le robot utilise le même aimant pour prendre la batterie de bouton.

Précédents porcins

Les chercheurs ont examiné environ douzaine possibilités différentes pour le matériel structurel avant l'arrangement sur le type d'intestin sec de porc utilisé dans des boyaux à saucisse. « Nous avons dépensé beaucoup de temps aux marchés asiatiques et le marché de Chinatown recherchant des matériaux, » Li dit. La couche craintive est un rétrécissement biodégradable que l'enveloppe a appelé Biolefin.

Pour concevoir leur estomac synthétique, les chercheurs ont acheté un estomac de porc et ont examiné ses propriétés mécaniques. Leur modèle est une section transversale ouverte de l'estomac et l'oesophage, a moulé d'un caoutchouc de silicone avec le même profil mécanique. Un mélange de l'eau et de jus de citron simule les fluides acides dans l'estomac.

Chaque année, 3 500 batteries avalées de bouton sont rapportées aux États-Unis seul. Fréquemment, les batteries sont digérées normalement, mais s'ils entrent en contact prolongé avec le tissu de l'oesophage ou de l'estomac, ils peuvent causer un courant électrique qui produit l'hydroxyde, qui brûle le tissu. Miyashita a utilisé une stratégie intelligente pour convaincre Rus que le retrait des batteries avalées de bouton et du traitement des blessures conséquentes était une application irrésistible de leur robot d'origami.

« Shuhei a acheté un morceau de jambon, et il a mis la batterie sur le jambon, » Rus indique. « Dans une demi-heure, la batterie a été entièrement submergée dans le jambon. De sorte que m'ait incité à se rendre compte que, oui, c'est important. Si vous avez une batterie dans votre corps, vous le voulez vraiment dès que possible. »

« Ce concept est fortement créatif et fortement pratique, et il satisfait un besoin clinique d'une manière élégante, » dit Bradley Nelson, un professeur de la robotique à l'Institut de Technologie fédéral suisse Zurich. « Il est l'une des applications les plus d'une façon convaincante des robots d'origami que j'ai vus. »