Mikroroboty mniejsze niż ziarnko soli. To może być przełom w medycynie

Badacze z Uniwersytetu Pensylwanii oraz Uniwersytetu Michigan opracowali miniaturowe, w pełni programowalne autonomiczne roboty – najmniejsze, jakie kiedykolwiek powstały. Te maleńkie maszyny potrafią samodzielnie poruszać się w cieczy, odbierać bodźce z otoczenia i na nie reagować, pracować nieprzerwanie przez wiele miesięcy, a koszt ich produkcji wynosi około jednego centa za sztukę – informuje portal ScitechDaily.

Najmniejsze autonomiczne roboty w historii. Przełom w mikroskali

Mierzący około 200 × 300 × 50 mikrometrów robot jest mniejszy niż ziarnko soli i niewidzialny gołym okiem. Ponieważ działa w tej samej skali co wiele mikroorganizmów, robot ten może w przyszłości umożliwić powstanie nowych narzędzi medycznych do monitorowania pojedynczych komórek oraz nowych technik produkcyjnych pozwalających budować ekstremalnie małe urządzenia.

Roboty są zasilane światłem i zawierają mikroskopijne komputery. Można je zaprogramować tak, aby wykonywały złożone wzorce ruchu, wykrywały zmiany temperatury w najbliższym otoczeniu i zmieniały kierunek ruchu na podstawie tych odczytów.

ScitechDaily zwraca uwagę, że w przeciwieństwie do wcześniejszych maszyn tej skali roboty te nie korzystają z przewodów, sterowania magnetycznego ani zewnętrznego operatora. Ta niezależność sprawia, że są to pierwsze programowalne roboty tej wielkości, które naprawdę potrafią działać samodzielnie.

Robot mniejszy niż ziarnko soli. Jak działa ta technologia?

Na przestrzeni lat komponenty elektroniczne systematycznie się zmniejszały, jednak autonomiczne roboty nie podążały tą samą drogą. Marc Miskin, adiunkt w dziedzinie inżynierii elektrycznej i systemowej w Penn Engineering oraz główny autor badania, podkreśla, że zmniejszenie robotów poniżej jednego milimetra, które działają autonomicznie, jest niezwykle trudne. Ta dziedzina tkwiła w martwym punkcie przez około 40 lat. Naukowcom udało się opracować nowy sposób napędu, zaprojektowany specjalnie z myślą o fizyce świata mikroskopijnego, zamiast adaptować rozwiązania ze skali makro.

Ryby i inne duże organizmy pływające poruszają się, odpychając wodę do tyłu i wykorzystując trzecią zasadę dynamiki Newtona. Mikroskopijne roboty działają zupełnie inaczej. Zamiast wyginać się lub machać, wytwarzają pole elektryczne, które delikatnie przesuwa naładowane cząstki w otaczającej cieczy. Gdy jony się przemieszczają, pociągają za sobą cząsteczki wody, wprawiając płyn w ruch wokół robota. – To tak, jakby robot znajdował się w płynącej rzece, z tą różnicą, że to robot wprawia tę rzekę w ruch – wyjaśnia Miskin.

Czytaj więcej

Technologie

Mikroroboty zadbają o zęby. Koniec nitką i szczotkowaniem

Przyszłość opieki dentystycznej drzemie w robotyce. Pasta do zębów, szczotka czy nici niedługo mo...

Regulując pole elektryczne, roboty mogą zmieniać kierunek, podążać złożonymi trasami, a nawet poruszać się w skoordynowanych grupach, podobnie jak ławica ryb. Są w stanie osiągać prędkość do jednej długości własnego ciała na sekundę.

Ponieważ ten sposób napędu opiera się na elektrodach pozbawionych ruchomych części, roboty są bardzo trwałe. Można je wielokrotnie przenosić między próbkami za pomocą mikropipety bez ryzyka uszkodzeń. Na dodatek, zasilane światłem diod LED, potrafią pływać nieprzerwanie przez wiele miesięcy.