在涉及模拟人类食道和胃的实验中，麻省理工学院，谢菲尔德大学和东京工业大学的研究人员展示了一种微型折纸机器人，它可以从吞下的胶囊中展开，并由外部磁场引导，爬行穿过胃壁去除吞下的纽扣电池或贴片伤口。
研究人员本周在国际机器人与自动化大会上发表的这项新工作建立在Daniela Rus研究小组，麻省理工学院电气工程系的Andrew和Erna Viterbi教授的折纸机器人的长篇论文基础之上。和计算机科学。
“看到我们的小型折纸机器人在医疗保健方面做出了重要的应用，我感到非常兴奋，”罗斯说，他还是麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的负责人。“对于身体内部的应用，我们需要一个小型，可控制，不受限制的机器人系统。如果机器人连接到系绳上，很难控制并将机器人放入体内。”
加入Rus的第一作者是Shuhei Miyashita，他是CSAIL的博士后工作，现在是英格兰约克大学的电子学讲师。Steven Guitron，机械工程专业研究生; 李曙光，CSAIL博士后; 东京工业大学的Kazuhiro Yoshida，当工作完成时正在休假期间访问麻省理工学院; 和英国谢菲尔德大学的Dana Damian。
虽然新机器人是去年在同一会议上报道的新机器人的继承者，但其机身的设计却截然不同。与它的前身一样，它可以使用所谓的“粘滑”运动来推动自身，其中它的附肢在执行移动时通过摩擦粘附到表面，但是当其身体弯曲以改变其重量分布时再次滑动。
与其前身一样 – 和Rus集团的其他几款折纸机器人一样 – 新机器人由两层结构材料组成，夹层材料在加热时会收缩。外层中的狭缝图案决定了当中间层收缩时机器人将如何折叠。
物质差异
机器人设想的使用也决定了许多结构修改。“只有机器人足够小，两个机器人足够坚硬才能使用粘滑，”Guitron说。“采用最初的Mylar设计，它比基于生物相容性材料的新设计更加坚硬。”
为了弥补生物相容性材料的相对延展性，研究人员必须提出一种需要更少缝隙的设计。同时，机器人的褶皱沿某些轴增加其刚度。
但由于胃里充满了液体，机器人并不完全依赖于粘滑运动。“在我们的计算中，20%的向前运动是通过推动水 – 推力 – 而80%是通过粘滑运动，”Miyashita说。“在这方面，我们积极地将鳍片的概念和特性应用到车身设计中，你可以在相对扁平的设计中看到它。”
还必须能够足够压缩机器人以使其能够装入胶囊内进行吞咽; 类似地，当胶囊溶解时，作用在机器人上的力必须足够强以使其完全展开。通过Guitron描述为“主要是反复试验”的设计过程，研究人员找到了一个矩形机器人，手风琴折叠垂直于其长轴和夹角，作为牵引点。
在其中一个前手风琴褶皱的中心是一个永磁体，它响应身体外部变化的磁场，控制机器人的运动。施加到机器人的力主要是旋转的。快速旋转将使其旋转到位，但较慢的旋转将使其绕其中一个固定脚旋转。在研究人员的实验中，机器人使用相同的磁铁来拾取纽扣电池。
猪的先例
在确定香肠肠衣中使用的干猪肠道类型之前，研究人员测试了结构材料的十几种不同的可能性。“我们花了很多时间在亚洲市场和唐人街市场寻找材料，”李说。收缩层是一种可生物降解的收缩包装，称为Biolefin。
为了设计他们的合成胃，研究人员买了一个猪肚并测试了它的机械性能。他们的模型是胃和食道的开放横截面，由具有相同机械轮廓的硅橡胶模制而成。水和柠檬汁的混合物模拟胃中的酸性液体。
每年仅在报告就有3,500个吞咽纽扣电池。通常，电池被正常消化，但如果它们与食道或胃的组织长时间接触，它们会产生产生氢氧化物的电流，从而燃烧组织。Miyashita采用了一种聪明的策略来说服Rus，吞下纽扣电池和治疗随之而来的伤口是他们折纸机器人的一个引人注目的应用。
“Shuhei买了一块火腿，然后把电池放在火腿上，”Rus说。“在半个小时之内，电池完全被淹没在火腿里。所以这让我意识到，是的，这很重要。如果你的身体里有电池，你真的希望它能尽快消失。”
