Совместная группа исследователей из США и Китая сообщила о разработке нового метода движения для микророботов, который может применяться в медицине и других отраслях. Технология основывается на явлении кавитации - резком разрушении пузырьков в жидкости. Она позволяет создавать ударную волну, достаточную для передвижения микроустройств, и потенциально способна заменить традиционные иглы для инъекций, сообщает InterestingEngineering.
По данным исследования, опубликованного в журнале Science, микророботы, получившие название "прыгуны", могут двигаться на значительные расстояния, по сравнению со своими размерами. В экспериментах они поднимались на высоту до 1,5 метра и развивали скорость движения в воде до 12 метров в секунду. Авторы подчеркивают, что движения можно контролировать, в частности в ограниченных средах - лабиринтах или микрофлюидных каналах.
Принцип работы заключается в создании пузырьков через нагрев специального светопоглощающего материала лазером. После достижения критического размера пузырь взрывается, образуя ударную волну. Изменяя интенсивность, угол и время лазерного воздействия, исследователи могут задавать направление и силу прыжка или плавания.
Вдохновением для технологии стали примеры из природы: способ рассеивания спор папоротниками и выбрасывание струй жидкости рыбами-стрельцами. Исследователи отмечают, что по сравнению с другими методами движения микророботов, которые обычно зависят от магнитных полей или химического топлива, кавитация является более точной и не требует встроенных источников энергии или движущихся механизмов.
Одним из главных направлений применения может стать медицина. Микророботы способны проникать через кожу, что открывает возможности для подкожных инъекций без использования игл. Кроме того, они могут доставлять препараты непосредственно к определенным участкам организма, в частности в зону опухолей. Благодаря световому запуску технологию можно адаптировать и для минимально инвазивных процедур.
Ученые также рассматривают возможности использования технологии в исследовании труднодоступных сред. Устройства могут передвигаться по влажным и неровным поверхностям, что делает их перспективными для работы в трубах, механизмах или биологических системах. Дополнительно микророботы могут функционировать как микроплавки в жидких средах, например в крови или межклеточной жидкости.
Вместе с перспективами существуют и существенные вызовы. Одним из них является точный контроль кавитации внутри тела человека, чтобы избежать повреждения здоровых тканей. Другая проблема - ограниченная глубина проникновения лазерного излучения в биологические ткани. Для преодоления этого могут быть применены волоконно-оптические технологии или инфракрасные волны.
Еще одной задачей является обеспечение биосовместимости материалов. Сегодня для изготовления "прыгунов" используются композиты на основе диоксида титана, полипирола и карбида титана. Перед испытаниями на живых организмах необходимо доказать их безопасность.
Авторы исследования подчеркивают, что технология находится на стадии проверки концепции. Однако полученные результаты подтверждают эффективность кавитации как метода движения микророботов.
Напомним, что ученые из Оксфордского университета и Университетского колледжа Лондона разработали ультразвуковой "шлем", позволяющий неинвазивно лечить неврологические заболевания, такие как болезнь Паркинсона. В отличие от хирургических вмешательств, устройство использует ультразвуковые импульсы, которые точно воздействуют на нужные крошечные участки мозга. Разработчики надеются, что в будущем эта технология сможет помогать в лечении широкого спектра состояний, включая депрессию, шизофрению и болезнь Альцгеймера.