Принцип работы: электрохимия вместо магнитов

В отличие от обычных двигателей, которые основаны на магнитных полях, этот механизм использует электрохимические процессы. Приложенное к раствору электрическое поле создает градиенты поверхностного натяжения и электрогидродинамические потоки вдоль поверхности капли жидкого металла. Это, в свою очередь, запускает внутренние вихри, которые и передают крутящий момент на погруженную лопатку.

Аспирант Ричард Фукс, разработавший двигатель, так описал элегантность конструкции: «Красота этой конструкции — в её простоте, это как миниатюрное водяное колесо. Подобно тому, как текущая вода толкает лопасти колеса, вращающийся жидкий металл толкает медные лопасти».

Применение в медицине и не только

Мягкая, адаптивная природа двигателя делает его особенно перспективным для применения там, где жесткие компоненты непригодны. Больше всего от этой технологии может выиграть мягкая робототехника, которая часто требует машин, способных сгибаться, растягиваться или протискиваться в ограниченные пространства.

«Представьте себе крошечного робота, который может перемещаться по узким неровным пространствам внутри человеческого тела, приводимого в движение двигателями, которые являются мягкими и гибкими, а не твёрдыми и хрупкими», — сказал профессор Курош Калантар-Заде, соавтор проекта. «Именно на такое будущее указывает эта технология».

Помимо робототехники, исследователи отметили, что двигатели на жидком металле могут использоваться в микрофлюидных устройствах для управления потоками жидкостей и в биомедицинских имплантатах, где требуется компактное автономное движение в деликатных условиях.

Преимущества и следующие шаги

Главные плюсы нового двигателя — его простота, гибкость и легкость миниатюризации. Однако, как честно признает профессор Калантар-Заде, текущая версия является прототипом. Следующим важным шагом для команды станет работа над повышением энергоэффективности — необходимо снизить напряжение и ток, требуемые для работы мотора.

Тем не менее, эта разработка является фундаментальным шагом вперед, демонстрируя совершенно новый и более эффективный способ преобразования электричества в движение на микроуровне.

Искусственные суставы и риски инфекций

В целом, большинство операций по замене суставов, включая тазобедренные и коленные суставы, проходят без проблем. Но частота перипротезной инфекции суставов достигает 2%. Кажется, что это ничтожно мало, вот только в Соединённых Штатах ежегодно проводится около миллиона подобных операций, а это 20 000 потенциальных заражений. И последствия от инфекции длятся годами после операции.

Чтобы улучшить период «приживления», международная группа учёных под руководством исследователей из австралийского Университета Флиндерса создала состав из биокерамического каркаса, залитого жидким металлом – серебро-галлий. Серебро-галлий действует как природный антибактериальный агент и, как показали испытания на животных, борется с инфекцией как раз в точке имплантации сустава. Серебро-галлий разрушает клеточные стенки, тем самым уничтожая вредоносные бактерии.

Было доказано, что данное соединение не только эффективно против распространенных бактерий, таких как золотистый стафилококк, но и способно бороться с формой этого микроба, устойчивой к лекарственным препаратам. Одновременно с этим, биокерамический каркас усиливает срастание с окружающей костью.

Слово исследователей. Ведущий автор Ви-Кхань Труонг и научный сотрудник Нгок Хыу Нгуен

В наших последних исследованиях наши каркасы значительно снижают численность бактериальных колоний в местах имплантации и способствуют здоровой интеграции костной ткани. Это подтверждает как антибактериальную эффективность, так и регенеративную способность в физиологически релевантных условиях. Что особенно актуально для биогибридных протезов.

Ранее уже тестировались иные суставные имплантаты, которые также содержат антибактериальные соединения. Но наш каркас – это первая подобная модель, в которую интегрирован жидкий металл. Принципы его работы кардинально отличаются.

Наш подход принципиально отличается от традиционных материалов, содержащих антибиотики. Вместо импульсного высвобождения, каркас обеспечивает локально устойчивую антимикробную защиту, активно способствуя заживлению кости.

Материалы и препараты

В мире достаточно распространены процедуры имплантации тазобедренного сустава с использованием серебра и капсулированных антибиотиков для борьбы с инфекцией. Однако новый материал импланта устраняет необходимость в лекарственных препаратах и использует жидкое, а не твёрдое соединение серебра.

По словам исследователей, жидкие свойства нового имплантационного материала позволяют ему выполнять более широкий спектр функций в ортопедической хирургии, например, склеивать переломы и заполнять пустоты, образовавшиеся после резекции опухолей.

Технически, это еще один небольшой шаг в сторону момента, когда технологии и биология могут слиться воедино, чтобы… Честно говоря, непонятно «чтобы что». Мир переживает хаос, в котором у каждого человека возникает настолько широкий набор возможностей, что и не снился прежде.

Обзорная площадка дивного нового мира – сообщество Neural Hack. Присоединяйтесь, чтобы держать руку на пульсе технологий.