Hydrogel được chế tác dưới dạng 3D để sử dụng trong robot mềm

Các nhà khoa học đã tìm ra cách phát triển hydrogel để bắt chước cấu trúc và hình dạng của mô thực vật hoặc động vật, một tiến bộ có thể được sử dụng trong các robot mềm.

Phát hiện được công bố trong Proceedings of the National Academy of Sciences đề xuất ứng dụng mới trong những lĩnh vực mà hydrogel thường được sử dụng, chẳng hạn như kỹ thuật mô. Nhóm nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Nanyang, Singapore (NTU Singapore) và Đại học Carnegie Mellon (CMU) đã đệ trình một bằng sáng chế phát triển mới.

Về bản chất, các mô thực vật hoặc động vật được hình thành do sinh khối mới được thêm vào các cấu trúc hiện có. Hình dạng của chúng là kết quả do các phần khác nhau của những mô này phát triển ở các mức độ khác nhau.

Các nhà khoa học của CMU Changjin Huang, David Quinn, K. Jimmy Hsia và NTU được chỉ định bởi GS. Subra Suresh đã chỉ ra rằng thông qua việc điều chỉnh nồng độ oxy, có thể mô phỏng và kiểm soát tốc độ tăng trưởng các tế bào sinh vật bằng hydrogel để tạo ra hình dạng 3D phức tạp mong muốn.

Nhóm nghiên cứu nhận thấy nồng độ oxy cao hơn làm chậm sự liên kết chéo của các hóa chất trong hydrogel, ức chế sự phát triển ở khu vực cụ thể đó.

Các ràng buộc cơ học như dây mềm hoặc chất nền thủy tinh kết dính với gel, cũng có thể được sử dụng để thao tác trình tự lắp ráp và tạo hydrogel thành các cấu trúc phức tạp áp dụng trong robot.

Cơ cấu tổ chức phức tạp như vậy rất cần thiết cho việc thực hiện các chức năng cơ thể chuyên biệt. Ví dụ, ruột non của con người được bao phủ bởi các nếp gấp nhìn dưới kính hiển vi gọi là villi, làm tăng diện tích bề mặt của ruột để hấp thu chất dinh dưỡng thực phẩm hiệu quả hơn.

Kỹ thuật mới được cho là khác với các phương pháp tạo ra cấu trúc 3D trước đó bằng cách thêm/in hoặc loại bỏ đi các lớp vật liệu. Tuy nhiên, kỹ thuật này dựa vào quá trình trùng hợp liên tục các mono bên trong hydrogel xốp, tương tự như quá trình mở rộng và phát triển tế bào sống trong mô hữu cơ của người.

Hầu hết các hệ thống sống đều áp dụng mô hình tăng trưởng liên tục, vì vậy kỹ thuật mới bắt chước phương pháp tiếp cận này có thể sẽ là một công cụ hữu ích cho các nhà khoa học nghiên cứu hiện tượng tăng trưởng trong các hệ thống dạng sống.

"Kiểm soát tốt sự tăng trưởng và tự lắp ráp hydrogel vào các cấu trúc phức tạp tạo ra nhiều khả năng trong lĩnh vực y học và robot. Một trong những lĩnh vực mà có lợi nhất là kỹ thuật mô, lĩnh vực thay thế các mô sinh học bị hư hỏng, như sửa chữa đầu gối hoặc tạo ra gan giả nhân tạo", Giáo sư Subra Suresh nói.

Các hydrogel có kiểm soát được mức tăng trưởng và kiểm soát cấu trúc cũng rất hữu ích trong việc nghiên cứu và phát triển các thiết bị điện tử linh hoạt và robot mềm, tăng tính linh hoạt so với các robot thông thường và bắt chước cách các sinh vật sống di chuyển và phản ứng với môi trường xung quanh.

Xem thêm:

• Robot trò chuyện bằng ngôn ngữ lạ, mối đe dọa đối với con người?
• Walky - phần mềm điều khiển robot, nhân vật game trên iPhone