Η μετακίνηση στον κόσμο ως μικροοργανισμός δεν είναι πάντα εύκολη. Τα βακτήρια και άλλα μικρά πλάσματα που στριμώχνονται μέσα στα σώματα συχνά πρέπει να προωθηθούν μέσα από πυκνά, παχύρρευστα περιβάλλοντα. Για έναν άνθρωπο, αυτό θα έμοιαζε με κάποιον που προσπαθεί αδέξια να κολυμπήσει μέσα από μια λίμνη μελιού. Η φύση έχει ήδη βρει δημιουργικές λύσεις σε αυτό το κολλώδες πρόβλημα. Το E.coli, για παράδειγμα, χρησιμοποιεί μια κίνηση με τιρμπουσόν για να κόψει τη λάσπη ενώ τα μαστίγια συστρέφουν τα σκελετά τους και μαστιγώνονται προς τα εμπρός.
Τώρα, χρησιμοποιώντας αυτή τη φυσική προσαρμογή ως έμπνευση, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Τάμπερε και το Πανεπιστήμιο Anhui Jianzhu δημιούργησαν ένα νέο μικρο-ρομπότ σε σχήμα ντόνατ, ικανό να πλοηγείται αυτόνομα στον δρόμο του μέσα από τη βλέννα και άλλες βλαβερές ουσίες. Το μικροσκοπικό σχέδιο ρομπότ, το οποίο πιστεύουν ότι μια μέρα θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την παροχή φαρμάκων μέσω της βλέννας, έκανε την πραγματικότητα έναν παράγοντα μορφής που δημιουργήθηκε για πρώτη φορά πριν από σχεδόν πενήντα χρόνια. Οι ερευνητές δημοσίευσαν τα ευρήματά τους αυτή την εβδομάδα στο περιοδικό Υλικά Φύσης.
Βίντεο: Αδέσμευτη κολύμβηση στον τρισδιάστατο χώρο στο καθεστώς Στόουκς. Πιστωτική: Zixuan Deng, Πανεπιστήμιο Tampere
Το ρομπότ έχει μήκος μόλις ένα χιλιοστό και έχει ένα «τοροειδή» (ή ντόνατ) σχήμα που αφήνει παχιά, παχύρρευστα υλικά να περάσουν από το εκτεθειμένο κέντρο του. Αλλά το σχήμα από μόνο του δεν κάνει το ρομπότ να κινείται. Για αυτό, οι ερευνητές στράφηκαν σε ένα συνθετικό υλικό που ονομάζεται υγρό κρυσταλλικό ελαστομερές. Η έκθεση σε ερεθίσματα φωτός ή θερμότητας κάνει αυτό το υλικό να αρχίσει να περιστρέφεται αυτόνομα. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια θερμή πλάκα για να εφαρμόσουν σταθερή θερμότητα στο ρομπότ επικαλυμμένο με ελαστομερές και διαπίστωσαν ότι θα μπορούσαν να το κάνουν να προωθηθεί προς τα εμπρός μέσα από το περιβάλλον του.
Μόλις εκτεθεί στο φως ή τη θερμότητα, το ρομπότ βρίσκεται σε «αυτοσυντηρούμενη κίνηση», την οποία οι ερευνητές λένε ότι του επιτρέπει να κινείται αυτόνομα. Μπορεί όμως και να κατευθύνεται. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι θα μπορούσαν να προκαλέσουν το bot ντόνατ να κινηθεί προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση μεταβάλλοντας την ποσότητα της έκθεσης στο φως ή τη θερμότητα. Ομοίως, θα μπορούσαν να σταματήσουν το ρομπότ, κόβοντας εντελώς την πρόσβασή του στο φως και τη θερμότητα. Το ρομπότ μπορεί επίσης αυτόνομα να εναλλάσσεται μεταξύ μιας λειτουργίας κύλισης ή αυτοπροώθησης ανάλογα με το τι είναι καλύτερο για την πλοήγηση σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον.
Αυτό το σχέδιο που μοιάζει με ντόνατ, αν και είναι το πρώτο για μικρά ρομπότ με μαλακό σχήμα, δεν είναι μια εντελώς νέα ιδέα. Η ιδέα για το σχήμα αποδίδεται στον φυσικό Edward Purcell το 1977. Ο Purcell πίστευε ότι ένα σπειροειδές σχήμα σώματος θα μπορούσε να βελτιώσει την πλοήγηση των μικροοργανισμών στο «καθεστώς Stokes» που αναφέρεται σε περιοχές όπου υπάρχουν ιξώδεις δυνάμεις και μικρή έως καθόλου αδράνεια. Αυτό το μικρό ρομπότ αποδεικνύει ότι η γενική ιδέα ήταν σωστή.
Βίντεο: Επίγεια κίνηση του τόρου ZEEM που περπατά στη στεριά. Πιστωτική: Zixuan Deng, Πανεπιστήμιο Tampere
Χρησιμοποιώντας μικροσκοπικά ρομπότ για τη μεταφορά φαρμάκων μέσω της μύξας
Αν και ακόμα νωρίς, το μικροσκοπικό bot ντόνατ θα μπορούσε να έχει πραγματικές εφαρμογές εκτός εργαστηρίου. Ο Zixuan Deng, Διδακτορικός Ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Τάμπερε και ένας από τους συν-συγγραφείς της εργασίας πιστεύει ότι αυτή η υποκείμενη τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί από μελλοντικούς γιατρούς για τη χορήγηση φαρμάκων μέσω της βλέννας ή ακόμα και για την απεμπλοκή των αιμοφόρων αγγείων.
“Οι επιπτώσεις αυτής της έρευνας εκτείνονται πέρα από τη ρομποτική, επηρεάζοντας δυνητικά τομείς όπως η ιατρική και η περιβαλλοντική παρακολούθηση”, δήλωσε ο Deng είπε σε δήλωση.
Αυτή δεν θα είναι η πρώτη φορά που οι επιστήμονες σκέφτονται να στείλουν μικρά ρομπότ στον άνθρωπο. Για περισσότερο από μια δεκαετία, οι ερευνητές έχουν σχεδιάσει μικρά «νανορομπότ» δυνητικά ικανά να μεταφέρουν υλικά μέσα από ένα σώμα και ακόμη και σε ιδιαίτερα ευαίσθητες περιοχές όπως ο εγκέφαλος και τα μάτια. Πιο πρόσφατα, ερευνητές από το MIT δημιούργησαν ένα μαλακό ρομπότ εμπνευσμένο από αγγούρι που μπορεί να προωθηθεί προς τα εμπρός με μια κίνηση σαν σκουλήκι ίντσας μέσω των αιμοφόρων αγγείων. Το μικροσκοπικό ρομπότ ντόνατ προχωρά ένα βήμα παραπέρα εισάγοντας μια μέθοδο μετακίνησης σε ιδιαίτερα κολλώδεις, παχύρρευστες περιοχές με αρχιτέκτονα χαμηλής πολυπλοκότητας που χρειάζεται μόνο φως ή θερμότητα για να κινηθεί. Με άλλα λόγια, τα ιατρικά ρομπότ που ταξιδεύουν με μύξα μπορεί να είναι ένα βήμα πιο κοντά στην πραγματικότητα.
VIA: popsci.com
