Μια νέα γενιά νανορομπότ φέρνει τους επιστήμονες πιο κοντά στη δυνατότητα άμεσης παρέμβασης στον μικροσκοπικό κόσμο. Οι συσκευές αυτές έχουν μέγεθος περίπου 50 φορές μικρότερο από τη διάμετρο μιας ανθρώπινης τρίχας, επιτρέποντας χειρισμούς αντικειμένων σε εξαιρετικά μικρές κλίμακες.
Με τη βοήθειά τους, οι ερευνητές μπορούν να μετακινούν και να διαχειρίζονται μικροσκοπικά σωματίδια με ακρίβεια που ξεπερνά κατά πολύ τις δυνατότητες του ανθρώπινου χεριού.
Η δυνατότητα αυτή είναι ιδιαίτερα σημαντική για βιολογικά υλικά σε υγρά περιβάλλοντα, όπως μεμονωμένα κύτταρα και βακτήρια, όπου ο έλεγχος και η μεταφορά μικροσκοπικών οργανισμών αποτελούσε μέχρι σήμερα μεγάλη πρόκληση.
Πώς κινούνται τα νανορομπότ
Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα στην ανάπτυξη τέτοιων μηχανών είναι ο τρόπος τροφοδότησης και ελέγχου τους σε τόσο μικρή κλίμακα.
Ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο Julius-Maximilians του Βύρτσμπουργκ στη Γερμανία, με επικεφαλής τον καθηγητή Μπερτ Χεκτ, ανέπτυξε μια πρωτοποριακή λύση: την κίνηση μέσω της ανάκρουσης φωτονίων.
Τα λεγόμενα microdrones περιλαμβάνουν έως και τέσσερις πλασμονικές νανοκεραίες που απορροφούν φως με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά και το επανεκπέμπουν κατευθυνόμενα. Κάθε εκπεμπόμενο φωτόνιο δημιουργεί μια ελάχιστη δύναμη ανάκρουσης – παρόμοια, σε αρχή, με την ανάκρουση που προκαλεί ένας πυροβολισμός.
Επειδή όμως οι συσκευές αυτές έχουν εξαιρετικά μικρή μάζα, ακόμη και αυτές οι ελάχιστες δυνάμεις αρκούν για να τις επιταχύνουν και να τους δώσουν σημαντική ταχύτητα.
Μικρότερα και πιο εύκολα στον έλεγχο
Στη νέα εκδοχή της τεχνολογίας, οι επιστήμονες κατάφεραν να μειώσουν το μέγεθος των ρομπότ σε λιγότερο από ένα μικρόμετρο.
Παράλληλα, απλοποίησαν τον τρόπο κατεύθυνσης τους. Η ομάδα αξιοποίησε το γεγονός ότι τα νανοσύρματα των κεραιών μέσα στο ρομπότ ευθυγραμμίζονται φυσικά με την πόλωση του φωτός που δέχονται.
Ρυθμίζοντας την πόλωση του φωτός, οι ερευνητές μπορούν να αλλάζουν τον προσανατολισμό του νανορομπότ, ενώ η πρόωση συνεχίζει να βασίζεται στην ανάκρουση των φωτονίων.
Με αυτή τη μέθοδο δημιουργήθηκε ένα εξαιρετικά μικρό ρομπότ που κινείται με φως και μπορεί να λειτουργεί απευθείας στο περιβάλλον των μικροβίων.
Μικροσκοπικοί «καθαριστές» βακτηρίων
Τα νανορομπότ αποδείχθηκαν ιδιαίτερα ευέλικτα στις δοκιμές. Μπορούν να εκτελούν γρήγορες στροφές έως και 90 μοιρών, γεγονός που τους επιτρέπει να εξερευνούν μεγάλες επιφάνειες δειγμάτων με οργανωμένο τρόπο.
Επιπλέον έχουν τη δυνατότητα να:
- εντοπίζουν βακτήρια,
- να τα συλλαμβάνουν επιλεκτικά,
- να τα μεταφέρουν,
- και να τα απελευθερώνουν σε συγκεκριμένα σημεία.
Με αυτόν τον τρόπο μπορούν ουσιαστικά να «καθαρίζουν» μικροσκοπικά περιβάλλοντα σε εργαστηριακές συνθήκες, συλλέγοντας μικροοργανισμούς και τοποθετώντας τους όπου χρειάζεται.
Ένα νέο εργαλείο για τη βιοϊατρική έρευνα
Η εξέλιξη αυτή δείχνει ότι το φως δεν χρησιμεύει μόνο για την παρατήρηση του μικροσκοπικού κόσμου, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την ενεργή διαμόρφωσή του.
Ακόμη και όταν μεταφέρουν μεγαλύτερες ομάδες βακτηρίων, τα νανορομπότ παραμένουν πλήρως ελεγχόμενα – αν και κινούνται λίγο πιο αργά.
Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι στο μέλλον τέτοιες τεχνολογίες θα μπορούσαν να αποτελέσουν πολύτιμα εργαλεία για τη μικροβιολογία, τη βιοϊατρική έρευνα και τον ακριβή χειρισμό βιολογικών υλικών σε εξαιρετικά μικρές κλίμακες.
