Mga Kalamnan ng Ultrasound: Ang Hinaharap ng Soft Robotics

Pagbuo ng Kalamnan na Kinokontrol ng Tunog

Sa halos buong kasaysayan, ang mekanikal na enerhiya ay nagmumula sa mga kalamnan, maging ito man ay tao o hayop. Sa pagsisimula lamang ng Rebolusyong Industriyal nagkaroon ng kakayahang kunin ang enerhiya mula sa hangin (mga windmill), tubig (mga watermill at dam), at pagsunog (steam engine, combustion engine).

Ngunit ang mga mekanikal na sistemang ito ay palaging medyo mas mababa kumpara sa likas na galaw, na nangangailangan ng komplikadong mga sistema at pagpapanatili upang makamit ang medyo mahina na kalayaan sa paggalaw.

Patuloy pa rin itong suliranin para sa mga robot, na kadalasang nangangailangan ng napaka-komplikadong hanay ng mga electrical motor at advanced na software upang manatiling nakatayo. Ang pangunahing hamon ay lumikha ng ganap na kontrolado at sapat na flexible na paggalaw.

Dahil napakagaling ng kalamnan bilang paraan ng paglikha ng galaw, nagsusuri ang mga siyentipiko ng paglikha ng artipisyal na bersyon nito na maaaring patakbuhin ng kuryente. Hanggang ngayon, ang mga iminungkahing materyales ay palaging kulang sa pagganap, gastos, o paraan ng paggawa.

Maaaring magbago ito, salamat sa bagong disenyo ng artipisyal na kalamnan na iminungkahi ng mga mananaliksik mula sa ETH Zürich (Switzerland), University of Münster (Germany), at University of Nebraska‑Lincoln (USA).

Nag‑publish sila sa prestihiyosong siyentipikong journal na Nature¹, sa pamagat na “Ultrasound-driven programmable artificial muscles”

Paano Gumagana ang Kalamnan na Pinapagana ng Ultrasound

Ang mga kalamnan ay gumagana sa pamamagitan ng pagpapahaba o pagpapakipot ng haba ng kalamnan, na humihila sa buto kung saan ito nakakabit.

Hanggang ngayon, sinubukan ng mga artipisyal na kalamnan na tularan ang ideyang ito gamit ang iba’t ibang uri ng materyales:

• Carbon nanotubes
• Shape‑memory alloys
• Pneumatics (hangin) o hydraulic system

Ang mga sistemang ito ay nagkulang sa pagiging maaasahan, pinong kontrol, konsumo ng enerhiya, o sobrang taas na gastos.

“Kadalasang nangangailangan ang mga kemikal na pamamaraan ng mga fuel na maaaring nakakalason, ang mga sistemang batay sa liwanag ay may limitadong pagpasok sa tisyu at posibleng thermal na pinsala, at ang mga magnetic system ay nangangailangan ng malalaking hardware habang may panganib ng Joule heating.”

Ang mga mananaliksik sa pag-aaral na ito ay lumihis sa isang bagong direksyon upang kontrolin ang artipisyal na kalamnan: tunog.

Mga Kalamangan ng Ultrasound

Maging para sa mga aplikasyon sa robotics o biomedical implants, may kalamangan ang ultrasound bilang madaling likhain na paraan ng kontrol na ganap na hindi nakakasira.

Ang ultrasound ay wireless, remote, nakakalusot nang walang pinsala sa mga panlabas na patong (kasama ang organikong tisyu), at may mataas na spatial selectivity (tumpak na pagtutok).

Isa rin itong teknolohiya na karaniwang ginagamit sa mababang gastos, kabilang sa mga klinikal na setting.

Kaya sa kabuuan, perpekto ang ultrasound para sa biomedical at in‑vivo na mga aplikasyon, ngunit maaari rin itong magamit sa ibang larangan tulad ng robotics, lalo na sa tinatawag na soft robotics.

Ang ultrasound ay lalong sumisikat sa mga mananaliksik, na ginagamit ito upang magbigay ng wireless na kuryente sa mga medikal na implant, upang bioprint ng mga buhay na tisyu, at para sa biomonitoring.

Mga Material ng Microbubble sa Artipisyal na Kalamnan

Sa pag-aaral na ito, lumikha ang mga mananaliksik ng materyal na naglalaman ng eksaktong ginawa na hanay ng mga microbubble, na kapag na-expose sa tamang resonance ng ultrasound, nagiging sanhi ng pagbaluktot ng materyal.

Pinagmulan: Nature

Sa pagbabago ng laki ng hanay ng mga microbubble, maaaring baguhin kung anong frequency ng ultrasound ang tutugon ng isang partikular na seksyon ng materyal.

Pinagmulan: Nature

Sa ngayon, ang puwersang nalilikha ng ultrasound sa artipisyal na kalamnan ay masyadong mahina para sa praktikal na aplikasyon. Ngunit ang bagong disenyo ay mas malakas (7.6 μN/mm²), na nagdadala ng konseptong ito sa unahan ng potensyal na materyal para sa artipisyal na kalamnan.

Isang high‑resolution na molde ang ginawa gamit ang mga micropillar array, na ipinattern sa silicon wafer gamit ang soft lithography, upang magsilbing negatibong molde para sa mga cylindrical microcavity.

Isang manipis na patong ng polydimethylsiloxane (PDMS) ang pagkatapos na i‑spin‑coat sa wafer, na bumubuo ng ninanais na materyal ng microbubble.

Ang huling materyal ay naging isang artipisyal na kalamnan (3 cm × 0.5 cm × 80 μm), na naglalaman ng mahigit 10,000 na pare-parehong microbubble sa loob ng mga cavity (40 μm diameter, 50 μm lalim).

Paglikha ng Kontroladong Paggalaw Gamit ang Ultrasound

Dahil ang iba’t ibang bahagi ng materyal ay tumutugon sa iba’t ibang frequency, maaaring gamitin ang pag‑modulate ng ultrasound upang lumikha ng eksaktong kontroladong pag‑undulate na galaw, halimbawa. Sinubukan din ng mga mananaliksik ang interaksyon ng materyal sa totoong mundo, gamit ito upang hulihin ang isang larva ng isda, paikutin ang isang almond, o ilipat ang isang damo. Ipinakita rin na ang pamamaraan ay hindi nakakasama sa mga buhay na organismo, walang pag‑init o negatibong epekto mula sa ultrasound.

Sinubukan din ng mga mananaliksik kung maaaring gamitin ang materyal upang ikabit at ilipat ang mga organikong tisyu. Upang gawin ito, sinubukan nila ito sa isang pusong baboy. Ang mga ultrasound‑controlled actuator ay nanatiling nakakabit at patuloy na gumalaw, na naglilipat ng puwersa sa tisyu.

Pinagmulan: Nature

Sinubukan din nila ang potensyal ng materyal para sa drug delivery, kung saan ang ultrasound ang trigger para sa paglabas ng materyal mula sa microbubble patch.

Paggalaw ng In‑Vivo na mga Robot

Sa huli, lumikha ang pananaliksik ng isang “mini‑stingray bot” na ang mga undulasyon ay makokontrol ang paggalaw sa isang likidong kapaligiran.

Pinagmulan: Nature

Matagumpay nilang sinubukan ang paggalaw ng stingray bot sa loob ng tiyan at bituka ng baboy.

Paglabas nito, ang stingray bot ay umuusad pasulong sa paunang bilis na humigit‑kumulang 0.8 na haba ng katawan kada segundo, na nagpapakita ng kakayahan ng sistema na gumalaw sa loob ng mga internal na organo ng hayop.

Pinagmulan: Nature

Sa kabuuan, pinatunayan ng mga eksperimento ang potensyal ng materyal para sa in‑vivo na paggamit ng mga wireless at wearable na device.

Mga Aplikasyon

Ang pag-aaral ay tumuon sa potensyal na biomedical na mga aplikasyon, dahil ito ang maaaring pinaka‑direktang paggamit ng teknolohiyang ito. Ang soft robotics ay lalong ginagamit upang isama ang mga materyales na ginagamit sa medisina, halimbawa, paghahatid ng anti‑cancer na gamot o iba pang paggamot sa tamang organ.

Maaaring palawakin ang metodong ito sa mas malalaking piraso, hanggang sa antas ng sentimetro, at may maraming degree ng kalayaan sa paggalaw.

Kaya sa hinaharap, ang mga ganitong artipisyal na kalamnan ay maaaring magamit para sa robotics, flexible electronics, wearable technologies, prosthetics, biomedical instrumentation, at iba pa.

Maaaring pang pagbutihin pa ang konsepto upang maging mas makapangyarihan at kapaki‑pakinabang:

• Ang mga trapezoidal na cavity na nagko‑converge ay maaaring mag‑generate ng halos 3x na mas malakas na streaming velocity kumpara sa diverging na hugis. Kaya ang geometric at density optimization ay maaaring lumikha ng mga actuator na may ini‑customize na deformation profile.
• Ang confocal sound source ay maaaring makamit ang mas malakas na deformation at mas tumpak na pagtutok sa isang tiyak na bahagi ng artipisyal na kalamnan.
• Ang mga hydrogel at biodegradable polymer ay maaari ring gamitin para sa mas maraming biomedical na aplikasyon.

Mag‑swipe upang mag‑scroll →

Pamumuhunan sa HealthTech 

Ang Philips ay isang kilalang tatak ng consumer electronics (shavers, electric toothbrushes), na aktibo rin sa healthcare. Halimbawa, ito ang #1 sa MedTech patent filing sa Europa noong 2022 at nasa top 3 sa mga sumunod na taon.

Aktibo ito sa mga konektadong medikal na produkto, mula sa wearables hanggang imaging, respirators, at medikal na robot.

Ang kumpanya ay aktibo rin sa semiconductor (kasama ang maglev technology) at high‑tech/robotics/automation, kung saan lahat ng aktibidad ay may iisang teknolohikal na base.

Pinagmulan: Philips

Nag‑aalok ang Philips ng mga wearable para sa cardiac, respiratory, at activity metrics. Ang mga sensor nito ay maaaring isama sa smartwatches, health monitor, medikal na patch, at activity tracker.

Ang kadalubhasaan ng Philips sa biocompatible sensors, semiconductor, at wireless solution ay maaaring mag‑posisyon dito bilang lider sa advanced na medikal na implant na gumagamit ng ultrasound.

Para sa mga medikal na device, pinipili ng Philips ang partnership solution, kung saan nagde‑develop ito para sa third parties ng kanilang konektadong IoT (Internet of Things) na medikal na device na ganap na compatible sa iba pang solusyon ng Philips. Sa kontekstong ito, inaalok nito sa mga kliyente ang prototyping, regulatory advising, end‑to‑end product development, at industrial‑scale production.

Ginagawa nitong isang technology‑focused na kumpanya ang Philips at isang posibleng kandidato para sa mabilis na integrasyon ng mga bagong inobasyon sa umiiral nang mga medikal na device. Sa kabuuan, ang mga device ng Philips ay direktang nakakaapekto sa higit sa 1.8+ bilyong tao.

Layunin ng kumpanya na lumikha ng ganap na integrated na digital healthcare environment, kung saan ang mga sensor ay tumutugma sa mga device, at pagkatapos ay gumamit ng maraming connectivity solution upang maisama sa Philips HealthSuite Cloud solution at mag‑allow ng malalim na data analytics.

Pinagmulan: Philips

Bilang isang MedTech industry supplier, madalas na gumagawa para sa ibang mga brand, hindi kasing visible ang Philips sa sektor kumpara sa ibang mas kilalang kumpanya. Gayunpaman, eksperto ito sa paggawa ng high‑performance na electronic device at sensor, madalas na itinutulak ang hangganan ng kung ano ang posible sa niche nito sa healthcare at wearables.

Sa pagtaas ng integrasyon ng mga wearable at medikal na electronics sa healthcare at medikal na protocol, malamang na lalago ang Healthcare segment ng Philips bilang bahagi ng conglomerate.

Pinakabagong Koninklijke Philips N.V.( PHG) Stock News and Developments

Pag-aaral na Binanggit

^{1. Shi, Z., Zhang, Z., Schnermann, J. et al. Ultrasound-driven programmable artificial muscles. Nature 646, 1096–1104 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09650-3}