Bubble-powered robots created, could replace needle-based drug injections
Joint US-Chinese team harness bubble collapse to power tiny robots and replace medical needles.
A joint US-Chinese research team has developed a new technique that uses bubble-popping as a potential propulsion system for microbots. The discovery could potentially lead to the replacement of needle-based drug delivery and other interesting applications.
At the core of the new technique is cavitation, or the sudden collapse of bubbles in liquid. Using the energy released from this, the team found that they could make tiny robots (called “jumpers”) move incredible distances relative to their size.
https://interestingengineering.com/science/bubble-powered-robots-could-replace-needle
미중 합동 연구팀은 버블 파핑(bubble-popping)을 마이크로봇의 잠재적 추진 시스템으로 활용하는 새로운 기술을 개발했습니다. 이 발견은 바늘 기반 약물 전달을 대체하는 등 다양한 흥미로운 응용 분야로 이어질 가능성이 있습니다.
새로운 기술의 핵심은 캐비테이션, 즉 액체 속 기포가 갑자기 붕괴되는 현상입니다. 연구팀은 이 과정에서 방출되는 에너지를 이용하여 "점퍼"라고 불리는 작은 로봇을 크기에 비해 믿을 수 없을 정도로 먼 거리까지 움직일 수 있다는 것을 발견했습니다.
그들은 양치식물이 포자를 퍼뜨리는 방식과 궁수고기가 액체 분사를 하는 방식에서 영감을 얻어, 레이저로 빛을 흡수하는 재료를 가열하여 스스로 거품을 생성할 수 있다는 것을 발견했습니다.
이 기포들은 더 이상 에너지를 저장할 수 없을 때까지 팽창하다가 격렬하게 붕괴됩니다. 이 붕괴 과정에서 기계적 에너지의 충격파가 방출됩니다. 연구진은 이 에너지가 밀리미터 크기의 장치를 최대 1.5미터(4.92피트) 높이까지 공중으로 밀어낼 만큼 강력하다는 것을 발견했습니다.
via youtube
바늘을 대체하기 위한 거품 터짐
캐비테이션은 일반적으로 파괴적인 것으로 여겨지기 때문에(예: 선박 프로펠러와 펌프 손상) 이는 매우 흥미로운 현상입니다 . 이를 위해 연구진은 레이저 가열(강도, 각도, 타이밍)을 세밀하게 제어함으로써 발사 방향, 높이, 점프의 힘을 결정할 수 있을 뿐만 아니라, 장치가 점프할지, 미끄러질지, 또는 물속에서 "수영"할지 제어할 수 있습니다.
이 새로운 기술은 그 자체로 흥미로울 뿐만 아니라, 의학과 같은 일부 분야에 혁명을 일으킬 수 있습니다. 예를 들어, 새로운 의료 주사와 약물 전달 방식에 활용될 수 있습니다.
이 경우, 미세한 캐비테이션 추진 장치를 피부 속으로 또는 피부를 통해 발사하여 피하 주사 바늘을 대체할 수 있습니다. 또한, 약물을 체내(예: 종양 부위)에 정확하게 전달할 수도 있습니다.
이 시스템은 빛에 의해 작동하는 가열 방식을 사용하기 때문에 최소 침습 시술에 적합하도록 조정할 수 있습니다. 기존의 마이크로로봇은 추진력을 위해 자기장이나 화학 연료에 의존하는 경우가 많은데, 이는 체내에서 제어하기 어려울 수 있기 때문에 이 점이 중요합니다.
반면, 캐비테이션은 탑재된 전력이나 움직이는 부품이 필요 없는 고에너지의 제어 가능한 발사 시스템을 제공합니다. 이 기술은 또한 제한적이거나 혹독한 환경에서 물체를 탐사하는 데에도 활용될 수 있습니다.
예를 들어, 이러한 "점퍼"는 젖거나 고르지 않은 표면을 이동할 수 있어 마이크로 로봇 공학에서의 활용 가능성을 시사합니다. 따라서 좁거나 접근하기 어려운 공간(파이프, 기계, 심지어 생물학적 시스템 내부)을 탐험할 수 있습니다.
아직 해야 할 일이 더 많다
생의학 연구에도 흥미로운 응용 분야가 있을 수 있습니다. 예를 들어, 이 작은 로봇은 혈액이나 세포간액과 같은 액체 환경 내에서 미세 유영체 역할을 할 수 있습니다.
인체 내부에서 캐비테이션을 정밀하게 제어하는 것은 (주변 조직을 손상시키지 않고) 매우 어려울 것입니다. 또 다른 문제는 레이저가 생체 조직에 침투하는 깊이가 제한적이라는 점입니다. 따라서 실제 적용에는 광섬유 전달, 적외선 파장 등 기발한 엔지니어링 기술이 필요합니다.
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