Tyrėjams pavyko valdyti magnetinių mikrorobotų spiečių taip, kad jis galėtų manipuliuoti objektais, juos sukti ir surinkti struktūras nė karto su jomis fiziškai nesusiliesdamas.
Šį sprendimą sukūrė mokslininkų komanda iš „Max Planck Institute for Intelligent Systems“, „University of Michigan“ ir „Cornell University“.
Vietoj tiesioginio kontakto maždaug 300 mikrometrų dydžio robotai pasitelkia skysčio sukeliamą sukimo momentą: aplink save jie suformuoja valdomus sūkurius, kurie perduoda jėgą didesniems objektams.
Naudodami išorinį magnetinį lauką, tyrėjai priverčia robotų spiečių generuoti tikslias skysčio tėkmes. Tokiu būdu galima sukti krumpliaračius, pernešti medžiagas ir surinkti įvairias struktūras nepaliečiant valdomų objektų.
Pasiekti rezultatai gali atverti kelią reikšmingoms naujovėms mikrogamyboje ir medicinoje, kur ypač svarbu švelniai bei tiksliai valdyti trapias, smulkias detales.
„Iki šiol hidrodinaminė trauka buvo svarbus mechanizmas, leidęs pasiekti įvairių elgsenų mikrorobotų spiečiuose, tačiau čia tas pačias skysčio sukurtas sąveikas panaudojame objektams valdyti nuotoliniu būdu“, – aiškino „University of Michigan“ tyrėjas Stevenas Ceronas.
Skysčio sukimo momento panaudojimas
Kiekvieno mikroroboto skersmuo siekia apie 300 mikrometrų – tai maždaug druskos kristalo dydis. Patekę į išorinį magnetinį lauką šie maži cilindrai pradeda suktis, o sukdamiesi skystyje sukuria mažyčius sūkurius.
Kai robotai susitelkia į vadinamąją kolektyvinę grupę, atskirų robotų sukeltos tėkmės susilieja ir suformuoja gerokai stipresnį poveikį – skysčio sukimo momentą.
„Skysčio sukimo momentas suteikia iš esmės naują būdą manipuliuoti vos kelių milimetrų dydžio trapiais objektais“, – teigė vienas pagrindinių autorių, „Max Planck Institute for Intelligent Systems“ Fizikinio intelekto skyriaus podoktorantūros stažuotojas Gauravas Gardis.
Užuot stūmę ar traukę objektus tiesiogiai, mikrorobotų spiečiai išnaudoja hidrodinamines jėgas ir taip atlieka ypač tikslias mechanines užduotis mikromasteliu.
Tyrime pabrėžiama, kad ši bekontaktė manipuliavimo schema leidžia mažiesiems robotams skysčio judėjimu sukti krumpliaračius, perkelti struktūras ir surinkti sudėtingas konfigūracijas, daug kartų viršijančias pačių robotų dydį.
Objekto sukimosi kryptį ir greitį galima keisti reguliuojant robotų skaičių, jų sukimosi dažnį ar tarpusavio išsidėstymą erdvėje.
Pritaikymas medicinoje
Vieno eksperimento metu mikrorobotų spiečius sugebėjo pasukti trimatį objektą, kuris buvo daugiau nei 45 000 kartų sunkesnis už vieną atskirą robotą.
„Tai nepaprastai džiugina, nes atveria naują nuotolinio valdymo mažais masteliais galimybę, kai galime išnaudoti mikrorobotus supančią aplinką savo naudai“, – pabrėžė S. Ceronas.
Be paprasto manipuliavimo, mikrorobotų spiečiai demonstruoja ir adaptyvią kolektyvinę elgseną: jie gali perjungti veikimo režimą nuo sukimosi vietoje prie tarsi „ropojimo“ paviršiumi.
Tokia emergentinė elgsena leidžia spiečiui persitvarkyti ir keisti veikimo taktiką priklausomai nuo užduoties ar aplinkos sąlygų.
Ateityje ši technologija galėtų būti naudojama savarankiškam miniatiūrinės elektronikos surinkimui arba darbui žmogaus organizme – pavyzdžiui, gabenant biologinius mėginius ir atliekant neinvazines procedūras.
Artimiausiu metu mikrorobotų spiečiai galėtų praversti vidaus medicinoje: judėti kraujotakos sistema, padėti šalinti arterijų užsikimšimus ar net surinkinėti medicininius implantus tiesiog kūno viduje.
Gebėjimas pristatyti jautrias vaistų dozes tiksliai į konkretų organą leistų taikyti kryptingą gydymą ir kartu apsaugoti aplinkinius sveikus audinius nuo nepageidaujamo poveikio.
