ربات Micro Scallop

محققان در حال توسعه ربات کوچکی هستند که می تواند از لحاظ تئوری در جریان خون انسان شنا نماید و داروی مدنظر را به ناحیه مشکل دار تحویل دهد.

طراحی ربات ها در مقیاس میکرو یا نانو، بسیار ساده است. تقریبا فضایی برای موتورهای پیچیده یا سیستم های راه انداز وجود ندارد. فضای ناچیزی برای جای دادن هر آنچه از الکترونیک ها، سوای باطری ها وجود دارد، به همین دلیل ربات ها می تواند در bloodstream (خونی که در دستگاه گردش خون جریان دارد) انسان یا در مایع موجود در چشم حرکت کنند، البته در صورتی که توسط میدان های مغناطیسی هدایت شوند. این روش بهترین راه حل برای کنترل میکروربات ها در این زمان است.

ژورنال Nature Communications نشان داده که محققان در حال حاضر ربات micro- scallop را توسعه داده اند که قادر به شنا کردن در سیال غیرنیوتنی می باشد. اساسا این ربات مانند گوش ماهی حرکت می کند، و جفت صدف های متصل به لولای کوچک خود را باز و بسته کرده و بخودی خود برای رفتن به محل مشکل دار بدن انسان حرکت می کند.

زمانی که ما در مورد حرکت ربات های میکروی شناگر صحبت می کنیم، ابتدا در پی درک این مساله هستیم که چگونه مایعات (بطور خاص، مایعات بیولوژیک) در مقیاس های بسیار کوچک کار می کنند. خون مانند آب رفتار نمی کند، خون به اصطلاح یک سیال غیرنیوتنی (non-Newtonian fluid) هست. یعنی اینکه خون بسته به مقدار نیروی وارده شما بر روی آن متفاوت رفتار می کند (یا بعبارتی ویسکوزیته آن بسته به نیروی اعمال شده تغییر می کند). مثال کلاسیک از سیال غیرنیوتنی، oobleck است که شما می توانید خود آن را با مخلوطی از آرد (مثلاً آرد ذرت) و آب درست کنید. Oobleck مانند یک مایع عمل می کند و زمانی که شما نیرویی سریع را بر روی آن اعمال کنید (مثلا دست خود را بصورت مشت شده درون آن فشار دهید)، در این صورت از حالت مایع به حالت جامد تغییر می یابد.

اکثریت سیالات غیرنیوتنی دارای ماهیت مایع هستند که در بدن انسان یافت می شوند: خون، مایع مفصلی، ماده لزج تخم چشم و …. در حالی که اینچنین بنظر می آید اینها برای شنا و حرکت پیچیده تر و بغرنج خواهند بود، اما در واقع فرصتی برای ربات ها فراهم می آورند.

در مقیاس های بسیار کوچک، محرک های رباتیکی تمایل به حرکت متقابل دارند، این است که آنها به جلو و عقب حرکت می کنند، مانند چیزی که با موتور سنتی دیده اید. در آب (یا دیگر سیالات نیوتنی)، این سخت است تا ربات ساده شناگری را بسازیم که در خارج از حرکات دوسویه (مقابل و معکوس) حرکت نماید، چرا که در حرکات جلو و عقب مقدار نیروی برابری را در هر دو جهت اعمال می کند، و ربات تنها کمی به سمت جلو حرکت می کند و کمی به سوى عقب برمی گردد و بارها این کار تکرار می شود. به همین دلیل میکروارگانیسم های زیستی به طور کلی از این حرکات متقابل برای حرکت در مایعات استفاده نمی کنند، در عوض بر روی حرکات nonreciprocal از تاژک و مژه ها تکیه کرده اند.

با این حال، اگر بر سیال غیرنیوتنی معامله کنیم، این قانون (که در حقیقت فرضیه گوش ماهی نامیده شده) دیگر صدق نمی کند، یعنی اینکه احتمالا می بایست از حرکات متقابل استفاده کرد. تیمی از محققان به رهبری Peer Fischer از موسسه Max Planck برای سیستم های هوشمند در آلمان متدی را کشف کرده اند که به اندازه کافی مناسب است، این یک ربات microscopic مبتنی بر گوش ماهی می باشد.

همانطور که بالا بحث شد، این ربات ها، شناگرهای واقعی هستند. این نسخه خاص توسط میدان مغناطیسی خارجی تامین قدرت می کند، اما آن تنها انرژی درونی را فراهم می آورند و ربات را مستقیما به اطراف مانند کاری که دیگر میکروربات ها انجام می دهد نیز درگ نمی نماید.

محققان می گویند که micro-scallop بیشتر از طرح کلی برای میکروربات ها در عوض یک میکرو ربات خاص است که برای انجام هر کار خاصی درنظرگرفته شده باشد.

این ربات توسط چاپگر سه بعدی ساخته شده و هر پوسته آن دارای ضخامت ۳۰۰ میکرون و عرض ۸۰۰ میکرون است. یک تار موی انسان در مقایسه ۱۰۰ میکرون قطر دارد، بنابراین ما در حال صحبت در مورد یک شی بسیار کوچک هستیم. این ربات با خود موتور، کنترلرها، و … را حمل نمی کند. در عوض دارای “آهنربای کوچک خاکهای کمیاب (rare-earth micro magnets)” بر روی هر صدف خود می باشد، بنابراین نقل و انتقال در معرض متکی به میدان مغناطیسی خارجی بوده که باعث می شود صدف ها در نرخ های مختلف باز و بسته شوند و درنتیجه حرکت نماید.