دانشمندان اولین میکروربات مبتنی بر نور برای شنا در مخاط چسبنده را ساختند
یک جهان میکروسکوپی پنهان در اطراف ما وجود دارد، جایی که باکتری‌ها، سیلیا و فلجیلا برای غلبه بر محدودیت‌های مناطق چسبناک تکامل یافته‌اند.
با الهام از طبیعت، کارشناسان رباتیک در تلاش بوده‌اند تا شناگران مصنوعی خلق کنند که بتوانند این محیط‌های چسبنده‌ی پیچیده، مانند مخاط را پیمایش کنند. و اکنون، پیشرفت بزرگی حاصل شده است.
اولین میکروربات مبتنی بر نور، با توانایی حرکت خودمختار در مایعات چسبناک طراحی شده است.
محققانی از دانشگاه تامپره فنلاند و دانشگاه آنهوئی جینژو چین این ربات نرم را ساخته‌اند.
ربات نرم ساخته شده از ماده‌ای خاص
شنا کردن در مقیاس میکروسکوپی به علت مقاومت شدید نیروهای چسبناک بسیار دشوار است. این مانند تلاش انسان‌ها برای شنا کردن در عسل غلیظ است، جایی که هر حرکت با مقاومت زیادی مواجه می‌شود.
میکروارگانیسم‌ها برای هزاران سال استراتژی‌های هوشمندانه‌ای برای پیمایش در محیط‌های چسبناک خود تکامل یافته‌اند.
به عنوان مثال، باکتری <em>E. coli</em> از یک حرکت شبیه به پیچ استفاده می‌کند، سیلیا در امواج هماهنگ حرکت می‌کند، و فلجیلا از ضربان شلاق مانند برای پیمایش به کار می‌برد.
پس این میکروربات‌های شکل‌گیری شده به صورت توری چگونه این چالش را پشت سر می‌گذارند؟ این ربات کوچک تازه توسعه یافته با یک ماده مصنوعی خاص به نام «الاستومر کریستال مایع» به حرکت در می‌آید.
این الاستومر به تحریکات خارجی، مانند لیزر پاسخ می‌دهد. با حرارت دادن، به طور خودکار به دلیل حالت مخصوص به نام «حالت انرژی صفر-الاستیک» (ZEEM) می‌چرخد. چرخش از طریق تعامل نیروهای ایستا و دینامیک ایجاد می‌شود.
Zixuan Deng، محقق دکترا در دانشگاه تامپره و نویسنده اصلی مطالعه گفت: «پیامدهای این تحقیق فراتر از رباتیک است و ممکن است بر زمینه‌هایی از جمله پزشکی و نظارت محیطی تاثیر بگذارد. به عنوان مثال، این نوآوری می‌تواند برای حمل دارو از طریق مخاط فیزیولوژیک و باز کردن عروق پس از کوچک‌سازی دستگاه استفاده شود.»
استفاده‌های بالقوه در زمینه پزشکی
در سال 1977، فیزیکدان ادوارد پروسل مفهوم شنای در مقیاس میکرو را معرفی کرد. او شکل توری (مانند دونات) را به عنوان یک راه‌حل بالقوه برای پیمایش در محیط‌های چسبناک پیشنهاد داد.
با این حال، علی‌رغم وعده‌اش، تا کنون هیچ‌کس نتوانسته است یک شناگر توروی موفقیت‌آمیز ایجاد کند.
جالب است که این توسعه ربات نرم مبتنی بر طراحی توری توانایی کنترل آسان‌تر ربات‌های شناگر را فراهم آورده است. دیگر نیازی به طراحی‌های پیچیده و فانتزی ندارد. این ربات‌ها از یک پرتو نور برای حرکت استفاده می‌کنند و از ZEEM برای تشخیص مسیر به کار می‌برند.
Deng در بیانیه‌ی مطبوعاتی اضافه کرد: «نوآوری ما امکان شنای آزاد سه‌بعدی را در رژیم استوکس فراهم می‌سازد و امکانات جدیدی برای کاوش در فضاهای محدود، مانند محیط‌های میکروفلوییدی فراهم می‌کند. علاوه بر این، این ربات‌های توری شکل می‌توانند بین حالت‌های رولینگ و خودپیش‌برنده جابجا شده و با محیط خود سازگار شوند.
این یک گام بزرگ در ساخت ربات‌های کوچک است که می‌توانند در مکان‌های دشوار حرکت کنند. ممکن است در پزشکی و پاکسازی محیط زیست مفید باشد.
در آینده، تیم قصد دارد بررسی کند که چگونه این ربات‌های چندگانه با یکدیگر تعامل دارند و با هم کار می‌کنند. این ممکن است به “روش‌های جدید ارتباطی بین این میکروربات‌های هوشمند” منجر شود.
در یک توسعه اخیر دیگر، محققان یک ربات بیوهیبرید ساخته‌اند که حرکات موجودات زنده را تقلید می‌کند.
مهندسی جالب
گزارش داد که این ربات دارای «مغز مصنوعی» است که امکان کنترل و جهت‌یابی دقیق بی‌سیم را فراهم می‌کند. این می‌تواند به دلخواه پره یا بال چپ یا راست خود را باز و بسته کند و با تحریک نورون‌های خاص، سرعت حرکت خود را تنظیم کند.
این تکنولوژی می‌تواند بالقوه برای ایجاد ماشین‌هایی که می‌توانند مانند موجودات زنده شنا کنند، راه بروند و چیزها را بگیرند، استفاده شود.
یافته‌ها در ژورنال Nature Materials منتشر شده‌اند.
