Revolucija u mekoj robotici: Mašine u obliku američke krofne plivaju i kroz najgušću tečnost

Foto: Hao Zeng, Tampere University

Prvog toroidalnog mikro-robota sposobnog da se kreće autonomno u viskoznoj tečnosti kao što je sluz predstavili su istraživači sa Univerziteta Tampere u Finskoj i Univerziteta Anhuji Đenžu u Kini. Ova revolucionarna inovacija predstavlja veliki korak u razvoju mikro-robota sposobnih za kretanje kroz kompleksno okruženje, sa mogućim aplikacijama u medicini i ekološkom praćenju, saopštio je Univerzitet Tampere.

Pogled kroz optički mikroskop može otkriti skrivenih univerzum pun života. Priroda je razvila neverovatan metod za mikroorganizme da se kreću kroz viskozno okruženje. Primera radi, navode naučnici, bakterija E. Coli ima pokrete poput vadičepa, treplje se kreću u koordinisanim talasima, bičevi se pokreću napred pomoću bičeva. Međutim, kretanje kroz ovakav prostor nalikuje na pokušaje ljudi da plivaju kroz med.

Preporučujemo

Inspirisani prirodom, naučnici specijalizovani za najsavremenije mikro-robotske tehnologije sada su na tragu rešenja. U srcu pionirskog istraživanja Univerziteta Tampere je sintetički materijal poznat kao tečni kristalni elastomer. Ovaj elastomer reaguje na stimuluse poput lasera. Kada se zagreva, rotira se sam od sebe zbog posebnog režima nulte elastične energije (ZEEM), uzrokovanog interakcijom statičkih i dinamičkih sila.

Prema Zisjuanu Dengu, istraživaču doktorandu na Univerzitetu Tampere i glavnom autoru studije, ovo otkriće ne samo da predstavlja značajan iskorak u takozvanoj mekoj robotici, već i utire put za razvoj mikro-robota sposobnih za navigaciju u složenim okruženjima.

- Implikacije ovog istraživanja šire se izvan robotike, potencijalno utičući na polja kao što su medicina i praćenje životne sredine. Na primer, ova inovacija bi mogla da se koristi za transport lekova kroz fiziološku sluz i deblokiranje krvnih sudova nakon minijaturizacije uređaja - kaže on.

Decenijama su naučnici bili fascinirani jedinstvenim izazovima plivanja na mikroskali, konceptom koji je uveo fizičar Edvard Persel 1977. On je bio prvi koji je zamislio toroidalnu topologiju – oblik američke krofne – zbog njenog potencijala da poboljša navigaciju mikroskopskim organizmi u sredinama gde su viskozne sile dominantne, a inercione sile zanemarljive. Ovo je poznato kao Stokesov režim ili niska granica Rejnoldsovog broja. Iako je izgledalo obećavajuće, takav toroidni plivač nije demonstriran.

Sada je napredak u toroidnom dizajnu pojednostavio kontrolu robota za plivanje, eliminišući potrebu za složenom arhitekturom. Koristeći jedan snop svetlosti za pokretanje nerecipročnog kretanja, ovi roboti koriste ZEEM da autonomno određuju svoje pokrete.

- Naša inovacija omogućava trodimenzionalno slobodno plivanje u Stoksovom režimu i otvara nove mogućnosti za istraživanje zatvorenih prostora, kao što su mikrofluidna okruženja. Pored toga, ovi toroidni roboti mogu da se prebacuju između režima kotrljanja i samopokretanja kako bi se prilagodili svom okruženju - dodaje Deng.

Studija „Lokomocija kojom se lako upravlja pomoću režima nulte elastične energije“ nedavno je objavljena u Nature Materials.

(Telegraf Nauka/TUNI)