المؤلف: C. Huygelen
ابتكر الباحثون في ليدن، البروفيسور دانييلا كرافت ومينجشي وي، روبوتات مجهرية تتحرك بدون أجهزة استشعار أو برامج أو تحكم خارجي. وبدلًا من ذلك، ينشأ سلوكهم بالكامل من شكلهم وطريقة تفاعلهم مع بيئتهم. تفتح هذه الفئة من الروبوتات إمكانيات جديدة تمامًا للتطبيقات الطبية الحيوية.
لقطة مقربة لروبوت صغير.
مستوحاة من الطبيعة
كان الإلهام لبناء هذه الروبوتات هو الطبيعة. كرافت: “الحيوانات مثل الديدان والثعابين تعدل شكلها باستمرار أثناء تحركها، مما يساعدها على التنقل في بيئتها. وبالمثل، تستخدم الروبوتات المجهرية المرونة في وظائفها. ومع ذلك، حتى الآن، كانت الروبوتات الصغيرة إما صغيرة وصلبة أو كبيرة ومرنة. تساءلنا عما إذا كان بإمكاننا إنشاء روبوتات صغيرة ومرنة في مختبرنا”.
صغيرة ومرنة وفعالة بشكل مدهش
لمعرفة ذلك، قاموا بتصميم هيكل ناعم يشبه السلسلة يتكون من أجزاء متصلة بشكل مرن وطباعته باستخدام طابعة صغيرة ثلاثية الأبعاد. ولدهشة الباحثين، أدى تشغيل المجال الكهربائي إلى تحرك السلاسل. وعندما يبدأ بالسباحة، فإن مرونته تمنحه مظهرًا واقعيًا.
استمتع الفريق كثيرًا باختبار قدرات هذه الروبوتات. يقول وي: “عندما يتباطأ الروبوت أو حتى يتوقف، فإنه يبدأ في هز ذيله وكأنه يتحرر”. “هذا لأن العناصر في الخلف لا تزال ترغب في التحرك، ويمكنها القيام بذلك بسبب مرونتها.”
الحركات التي تؤديها هذه الروبوتات الصغيرة
ويضيف كرافت: “لكن هذا ليس كل شيء”. “لقد وجدنا أن هناك تفاعلاً مستمراً بين شكل الروبوت وحركته: يؤثر الشكل على طريقة حركته، وحركاته بدورها تغير شكله. لذلك، يستشعر هذا الروبوت الصغير كيف تغير البيئة جسمه ويتفاعل معها، مما يجعله يبدو حياً. وهذا يعني أننا لسنا بحاجة إلى إلكترونيات مجهرية لدمج المهارات الذكية.”
وأشار وي إلى أنه “عندما يواجه روبوتنا الصغير عقبة، فإنه يبحث تلقائيًا عن طريق مختلف. وعندما يلتقي روبوتان، فإنهما يتحركان بشكل طبيعي بعيدًا عن بعضهما البعض.” يمكن للروبوتات أيضًا التنقل عبر البيئات الكثيفة وتحريك الأشياء بعيدًا عن طريقها مما يعيق حركتها.
كيف تتحرك الروبوتات الصغيرة في البيئات المعقدة
البحوث والتطبيقات المستقبلية المحتملة
إن قدرة هذه الروبوتات الصغيرة على التنقل بشكل مستقل في البيئات المعقدة تفتح إمكانيات مثيرة للتطبيقات الطبية الحيوية، بدءًا من توصيل الأدوية المستهدفة إلى الإجراءات والتشخيصات الطبية الأقل تدخلاً.
كرافت: “نحن الآن بحاجة إلى فهم كامل لكيفية ظهور مثل هذه السلوكيات الديناميكية والوظيفية. ستساعدنا هذه المعرفة على تطوير روبوتات وأجهزة أكثر تقدمًا، ولكنها ستساعدنا أيضًا على فهم فيزياء الكائنات الحية الدقيقة والسباحين البيولوجيين بشكل أفضل.”
حقائق وأرقام
- البناء: سلسلة مرنة جدًا من العناصر ذاتية الدفع
- المواد: صناعية، مطبوعة ثلاثية الأبعاد في مختبرنا باستخدام طابعة Nanoscribe ثلاثية الأبعاد
- حجم العنصر: 5 ميكرومتر
- حجم وصلة الشريط: 0.5 ميكرومتر*
- الحركة: عناصر ذاتية الحركة
- السرعة: 7 ميكرومتر/ثانية
*للمقارنة، يبلغ سمك شعرة الإنسان حوالي 70-100 ميكرومتر. هذه طباعة ثلاثية الأبعاد على أقصى ما هو ممكن تقنيًا.
مرجع
السلوكيات الشبيهة بالحياة الناشئة في الهياكل المجهرية النشطة والمرنة، منغشي وي ودانييلا جيه كرافت.
جامعة ليدن
