Вчені створили роботів, які здатні стрибати на 1,5 метра і пересуватися у мікросередовищах.
Спільна група дослідників зі США та Китаю повідомила про розробку нового методу руху для мікророботів, який може застосовуватися в медицині та інших галузях. Технологія ґрунтується на явищі кавітації – різкому руйнуванні бульбашок у рідині. Вона дозволяє створювати ударну хвилю, достатню для пересування мікропристроїв, і потенційно здатна замінити традиційні голки для ін’єкцій, повідомляє InterestingEngineering.
За даними дослідження, опублікованого в журналі Science, мікророботи, які отримали назву “стрибуни”, можуть рухатися на значні відстані, порівняно зі своїми розмірами. В експериментах вони підіймалися на висоту до 1,5 метра та розвивали швидкість руху у воді до 12 метрів за секунду. Автори підкреслюють, що рухи можна контролювати, зокрема в обмежених середовищах – лабіринтах чи мікрофлюїдних каналах.
Принцип роботи полягає у створенні бульбашок через нагрівання спеціального світлопоглинального матеріалу лазером. Після досягнення критичного розміру бульбашка вибухає, утворюючи ударну хвилю. Змінюючи інтенсивність, кут і час лазерного впливу, дослідники можуть задавати напрямок і силу стрибка або плавання.
Натхненням для технології стали приклади з природи: спосіб розсіювання спор папоротями та викидання струменів рідини рибами-стрільцями. Дослідники зазначають, що у порівнянні з іншими методами руху мікророботів, які зазвичай залежать від магнітних полів або хімічного палива, кавітація є точнішою і не потребує вбудованих джерел енергії чи рухомих механізмів.
Одним із головних напрямів застосування може стати медицина. Мікророботи здатні проникати через шкіру, що відкриває можливості для підшкірних ін’єкцій без використання голок. Крім того, вони можуть доставляти препарати безпосередньо до певних ділянок організму, зокрема у зону пухлин. Завдяки світловому запуску технологію можна адаптувати й для мінімально інвазивних процедур.
Вчені також розглядають можливості використання технології у дослідженні важкодоступних середовищ. Пристрої можуть пересуватися по вологих і нерівних поверхнях, що робить їх перспективними для роботи у трубах, механізмах чи біологічних системах. Додатково мікророботи можуть функціонувати як мікроплавці в рідких середовищах, наприклад у крові або міжклітинній рідині.
Разом із перспективами існують і суттєві виклики. Одним із них є точний контроль кавітації всередині тіла людини, щоб уникнути пошкодження здорових тканин. Інша проблема – обмежена глибина проникнення лазерного випромінювання в біологічні тканини. Для подолання цього можуть бути застосовані волоконно-оптичні технології чи інфрачервоні хвилі.
Ще одним завданням є забезпечення біосумісності матеріалів. Сьогодні для виготовлення “стрибунів” використовуються композити на основі діоксиду титану, поліпіролу та карбіду титану. Перед випробуваннями на живих організмах необхідно довести їхню безпечність.
Автори дослідження підкреслюють, що технологія перебуває на стадії перевірки концепції. Однак отримані результати підтверджують ефективність кавітації як методу руху мікророботів.
Нагадаємо, що вчені з Оксфордського університету та Університетського коледжу Лондона розробили ультразвуковий “шолом”, що дозволяє неінвазивно лікувати неврологічні захворювання, як-от хвороба Паркінсона. На відміну від хірургічних втручань, пристрій використовує ультразвукові імпульси, які точно впливають на потрібні крихітні ділянки мозку. Розробники сподіваються, що в майбутньому ця технологія зможе допомагати в лікуванні широкого спектра станів, включно з депресією, шизофренією та хворобою Альцгеймера.