Η τεχνολογία της μικρορομποτικής έκανε ένα τεράστιο άλμα προς το μέλλον, καθώς ερευνητές από το Ινστιτούτο Max Planck για Ευφυή Συστήματα (MPI-IS), σε συνεργασία με τα πανεπιστήμια Michigan και Cornell, παρουσίασαν μια μέθοδο που θυμίζει ταινία επιστημονικής φαντασίας. Για πρώτη φορά, σμήνη μαγνητικών μικρορομπότ μπορούν να χειρίζονται και να περιστρέφουν αντικείμενα μέσα σε υγρά, χωρίς να έρχονται σε καμία απολύτως φυσική επαφή μαζί τους. Η μελέτη, η οποία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science Advances, ξεκλειδώνει νέες δυνατότητες σε τομείς όπως η ιατρική και η μικροκατασκευή.
Η βασική αρχή πίσω από αυτή την καινοτομία είναι η ρευστοδυναμική ροπή (fluidic torque). Τα μικρορομπότ, τα οποία έχουν διάμετρο μόλις 300 μικρόμετρα, τοποθετούνται μέσα σε ένα υγρό και εκτίθενται σε ένα εξωτερικό περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Καθώς τα μικροσκοπικά αυτά σωματίδια περιστρέφονται με υψηλή ταχύτητα, δημιουργούν κυκλικές ροές στο γύρω υγρό. Αυτές οι ροές μεταφέρουν μηχανική ενέργεια σε γειτονικά αντικείμενα, επιτρέποντας στους ερευνητές να τα περιδινήσουν ή να τα μετακινήσουν με ακρίβεια, απλώς ρυθμίζοντας τη θέση και την ταχύτητα περιστροφής του σμήνους.
Η δύναμη του σμήνους και ο προγραμματισμός της κίνησης
Το εντυπωσιακό με αυτή τη μέθοδο είναι ότι η δύναμη που ασκείται μπορεί να κλιμακωθεί ανάλογα με τις ανάγκες. Αυξάνοντας τον αριθμό των μικρορομπότ στο σμήνος ή τη συχνότητα περιστροφής τους, οι επιστήμονες κατάφεραν να παράγουν ροπή ικανή να κινήσει αντικείμενα με μάζα έως και 45.000 φορές μεγαλύτερη από αυτή ενός μεμονωμένου ρομπότ. Στα πειράματά τους, οι ερευνητές έδειξαν πώς μπορούν να περιστρέψουν συστήματα γραναζιών, να συναρμολογήσουν δομές και να ωθήσουν ή να έλξουν μικροαντικείμενα, ελέγχοντας τα πάντα εξ αποστάσεως.
Η κίνηση είναι πλήρως προγραμματίσιμη. Ανάλογα με τη στρατηγική τοποθέτηση των μικρορομπότ μέσα στο υγρό γύρω από ένα αντικείμενο (όπως ένα γρανάζι), η φορά της περιστροφής μπορεί να αλλάξει από δεξιόστροφη σε αριστερόστροφη. Αυτό επιτρέπει τη δημιουργία περίπλοκων μηχανικών κινήσεων χωρίς την ανάγκη για φυσικούς συνδέσμους ή άξονες, κάτι που είναι εξαιρετικά δύσκολο να επιτευχθεί στις μικροσκοπικές κλίμακες όπου η τριβή και η προσκόλληση αποτελούν σημαντικά εμπόδια.
Εφαρμογές στην Ιατρική και το Μέλλον της Μικρορομποτικής
Η συγκεκριμένη ανακάλυψη ανοίγει τον δρόμο για τη χρήση μικρορομπότ σε περιβάλλοντα που είναι απρόσιτα για τους παραδοσιακούς μηχανικούς ενεργοποιητές. Μία από τις πιο υποσχόμενες εφαρμογές βρίσκεται στον τομέα της ελάχιστα επεμβατικής ιατρικής. Τα σμήνη αυτά θα μπορούσαν να λειτουργήσουν μέσα στο ανθρώπινο σώμα, μεταφέροντας φάρμακα σε συγκεκριμένα σημεία ή εκτελώντας λεπτούς χειρισμούς σε βιολογικούς ιστούς χωρίς να προκαλούν τραυματισμούς από την επαφή.
Επιπλέον, η τεχνολογία αυτή μπορεί να φέρει επανάσταση στις συσκευές μικρορευστοδυναμικής (lab-on-a-chip). Αντί για πολύπλοκες αντλίες και βαλβίδες, τα μαγνητικά σμήνη θα μπορούσαν να λειτουργούν ως “ασύρματοι κινητήρες” που κατευθύνουν τη ροή των υγρών ή αναμειγνύουν δείγματα με πρωτοφανή ακρίβεια. Η δυνατότητα των μικρορομπότ να αυτο-οργανώνονται και να προσαρμόζουν τη συμπεριφορά τους τα καθιστά ένα πανίσχυρο εργαλείο για το μέλλον της νανοτεχνολογίας.
Αυτό το βίντεο δείχνει στην πράξη πώς τα σμήνη των μικρορομπότ δημιουργούν δυνάμεις στα υγρά για να μετακινήσουν αντικείμενα χωρίς να τα αγγίζουν, επιβεβαιώνοντας την έρευνα του Max Planck.
