Tyrėjams pavyko valdyti spiečius magnetinių mikrorobotų taip, kad šie galėtų manipuliuoti, sukti ir surinkti objektus nė karto su jais fiziškai nesusidurdami.
Šį sprendimą sukūrė mokslininkų komanda iš „Max Planck Institute for Intelligent Systems“, „University of Michigan“ ir „Cornell University“.
Vietoj tiesioginio kontakto šie maždaug 300 mikrometrų dydžio robotai naudoja skysčio sukuriamą sukimo momentą – jie aplink save skystyje formuoja kontroliuojamus sūkurius, kuriais perduoda jėgą didesniems objektams.
Naudodami magnetinį lauką, tyrėjai priverčia robotų spiečius generuoti tikslias skysčio tėkmes, kuriomis galima sukti krumpliaračius, surinkti įvairias struktūras ir pernešti medžiagas nepaliečiant valdomų objektų.
Tokie rezultatai gali atverti kelią reikšmingoms naujovėms mikrogamyboje ir medicinoje, kur itin svarbu atsargiai valdyti trapias, smulkias sudedamąsias dalis.
„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 – vos apie 300 mikrometrų, tai yra maždaug druskos kristalo dydis. Patekę į išorinį magnetinį lauką šie smulkūs cilindrai ima suktis. Sukdamiesi jie skystyje sukuria mažyčius sūkurius.
Kai robotai susitelkia į vadinamąją kolektyvinę grupę, jų atskiros tėkmės susilieja į galingą jėgą, vadinamą skysčio sukimo momentu.
„Skysčio sukimo momentas suteikia iš esmės naują būdą manipuliuoti vos kelių milimetrų dydžio trapiais objektais“, – teigė vienas pagrindinių autorių, podoktorantūros stažuotojas „Max Planck Institute for Intelligent Systems“ Fizikinio intelekto skyriuje Gauravas Gardis.
Vietoj tiesioginio stūmimo ar traukimo šie mikrorobotų spiečiai išnaudoja hidrodinamines jėgas ir taip atlieka itin tikslias mechanines užduotis mikromasteliu.
Tyrime pabrėžiama, kad ši „bekontaktė“ manipuliavimo schema leidžia mažiesiems robotams skysčio judėjimu sukti krumpliaračius, pernešti struktūras ir surinkti sudėtingas konfigūracijas, daug kartų viršijančias pačių robotų dydį.
Tyrėjai gali keisti objekto sukimosi kryptį ir greitį paprasčiausiai reguliuodami robotų skaičių, jų sukimosi dažnį ar tarpusavio išsidėstymą erdvėje.
Pritaikymas medicinoje
Vieno eksperimento metu mikrorobotų spiečiui pavyko 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“, – spaudos pranešime 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.
Tokios emergentinės elgsenos leidžia spiečiui savarankiškai persitvarkyti ir keisti darbo taktiką priklausomai nuo konkrečios užduoties ar aplinkos sąlygų.
Ateityje šios technologijos galėtų savarankiškai surinkti miniatiūrinę elektroniką arba judėti žmogaus organizme, gabendamos biologinius mėginius ir atlikdamos neinvazines medicinines procedūras.
Artimiausiu metu mikrorobotų spiečiai galėtų padėti vidaus medicinoje – pavyzdžiui, judėti kraujotakos sistema, šalinti arterijų užsikimšimus ar surinkinėti medicininius implantus tiesiog kūno viduje.
Gebėjimas nugabenti jautrias vaistų dozes tiksliai į konkrečius organus užtikrintų kryptingą gydymą, kartu apsaugant aplinkinius sveikus audinius nuo žalos.
