Mikrorobotika i mikrooptika: Najmanji hodajući robot obavlja merenja na mikronivou

Fizičari i inženjeri sa Univerziteta Kornel napravili su zasad najmanjeg hodajućeg robota. Njegova misija je da kao dovoljno mali bude u interakciji sa talasima vidljive svetlosti i da se kreće samostalno, tako da može doći do određenih lokacija – u uzorku tkiva, na primer – kako bi napravio snimke i merio sile na nivou nekih najmanjih telesnih struktura.

„Hodajući robot koji je dovoljno mali za efikasnu interakciju i oblikovanje svetlosti unosi sočivo mikroskopa direktno u mikrosvet. Može izvesti snimanje iz neposredne blizine na načine nedostižne običnom mikroskopu“, kažu istraživači.

Preporučujemo

Naučnici sa Univerziteta Kornel već drže svetski rekord za najmanjeg hodajućeg robota na svetu, u razmerama 40-70 mikrona.

„Novi difraktivni roboti će uveliko nadmašiti taj rekord. Ovi roboti su 5-2 mikrona. Možemo da im naredimo da urade šta god želimo kontrolišući magnetna polja koja aktiviraju njihove pokrete“, dodaju istraživači.

Difraktivna robotika povezuje, prvi put, neprikačene robote sa tehnikama snimanja koje zavise od difrakcije vidljive svetlosti – savijanja svetlosnog talasa kad prolazi kroz neki otvor ili oko nečega.

Ova tehnika zahteva otvor veličine uporedive sa talasnom dužinom svetlosti. Da bi optika funkcionisala, roboti moraju biti u toj razmeri, a da bi došli do meta za snimanje, roboti moraju biti sposobni da se kreću samostalno.

Kontrolisani magnetima, roboti mogu postepeno ići napred na čvrstoj podlozi skupljajući se i opružajući. Takođe mogu „plivati“ kroz tečnosti pomoću istog kretanja.

Kombinacija sposobnosti manevrisanja, fleksibilnosti i subdifraktivne optičke tehnologije predstavlja značajan napredak na polju robotike.

„Uzbuđeni smo zbog ove konvergencije mikrorobotike i mikrooptike. Minijaturizacija robotike je konačno stigla do tačke gde pokretački mehanički sistemi mogu da reaguju sa svetlošću i aktivno je oblikuju u razmerama od samo nekoliko talasnih dužina – milion puta manje od jednog metra“, kažu istraživači.

Radi magnetnog upravljanja robotima, na njih su postavljene stotine nanometarskih magneta sa istom masom, ali dva različita oblika – dugačak i tanak, ili kratak i debeo. Za dugačke i tanke je potrebno veće magnetno polje kako bi promenili usmerenost, dok je za kratke i debele potrebno manje magnetno polje. To znači da možete upotrebiti veliko magnetno polje da biste ih sve postrojili, ali ako primenite manje polje – možete promeniti usmerenost samo kraćih, debljih magneta.

Glavni izazovi za optički inženjering su bili podešavanje svetlosti, fokusiranje i snimanje u superrezoluciji, s obzirom na to kako mikrorobot može da se kreće i menja oblik.

Mogućnost mehaničkog pokretanja difrakcionih elemenata ima prednost u cilju poboljšanog snimanja. Robot se može upotrebiti za difrakciono gradiranje ili se može dodati difraktivno sočivo. Tako roboti mogu fukcionisati kao lokalni produžetak mikroskopskog sočiva koje odozgo gleda nadole.

Roboti mere sile pomoću istog magnetno izazvanog kretanja odgurivanjem od površina. Oni su poput veoma kooperativnih opruga. Kad nešto izvrši protisak na njih, mogu da se skupe. To menja obrazac difrakcije, što možemo da izmerimo prilično lako, kažu istraživači.

Merenje sile i optičke sposobnosti mogu se primeniti u osnovnom istraživanju, kao u proučavanju strukture DNK. Ili se mogu upotrebiti u kliničkim uslovima.

„Gledajući u budućnost, možemo zamisliti rojeve difraktivnih mikrorobota koji izvode mikroskopiju u superrezoluciji i druge zadatke detekcije dok hodaju po površini uzorka. Zapravo smo samo zagrebali površinu mogućnosti ove nove paradigme koja spaja robotski i optički inženjering na mikronivou“, kažu naučnici.

(Telegraf Nauka/Cornell Chronicle)