Навигация в сложных биологических системах с помощью умных волокон

Интеграция исполнительных механизмов и датчиков в одном активном устройстве открывает широкие возможности для разработки робототехники, протезов конечностей и минимально инвазивных хирургических инструментов. Но создание таких устройств в микромасштабе ограничено существующими технологиями производства.

Теперь группа исследователей разработала гибкое приводное волокно на основе полимера, которое может быть интегрировано в "умные" материалы и биосенсорные композитные материалы. Эта технология может привести к технологическому прогрессу в области мягких и гибких роботов, что откроет возможности для достижения замкнутого цикла управления для высокоточных операций.

Подробности их исследования были опубликованы в журнале ACS Applied Engineering Materials 23 января 2023 года.

Руководил группой доктор Юаньюань Го, доцент Междисциплинарного научно-исследовательского института университета Тохоку (FRIS). "Наше микромасштабное волокно, интегрированное с исполнительными и сенсорными функциями, может позволить использовать "умные" катетеры", - говорит Гуо.

Команда изготовила волокно с помощью процесса термической вытяжки преформы в волокно. В телекоммуникационной промышленности термическая вытяжка используется для производства оптических волокон, а в последнее время - для изготовления многоматериальных и многофункциональных волокон для биомедицинских применений. Хотя многие важные функции, такие как электроды, оптика и каналы, могут быть встроены в волокна, они ограничены пассивными модальностями.

Чтобы найти обходной путь для устранения этого ограничения, команда внедрила провода из сплава с памятью формы (SMA). Эффект памяти формы SMA позволил сделать волокно с высокой механической активностью.

Кроме того, они интегрировали волокно с композитными материалами на основе углерода для обеспечения биохимического зондирования. Сенсоры обладали высокой чувствительностью к электроактивным молекулам.

Используя модель раздвоенного сосуда, команда также смогла использовать приводимый в действие волоконный датчик для доступа к разветвленным сосудам и сбора локализованной химической информации в диагностических целях.

В будущем Гуо и ее команда надеются улучшить свободу движения волокна.