Ερευνητές κατάφεραν να εκτυπώσουν ρομπότ μικρότερα από το όριο της ανθρώπινης όρασης

Μια εντυπωσιακή ερευνητική εργασία από το University of Colorado στο Boulder έρχεται να ανοίξει νέους δρόμους στον τομέα της νανοτεχνολογίας, καθώς οι επιστήμονες εκεί όχι μόνο δημιούργησαν μικροσκοπικές τρισδιάστατες κατασκευές με ακρίβεια στο σχήμα, αλλά κατάφεραν επίσης να τις ελέγχουν ενεργά. Η εξέλιξη αυτή αποτελεί ορόσημο για την ιατρική και τη μικροβιολογία, δύο τομείς που εδώ και χρόνια προσπαθούν να αναπτύξουν εργαλεία ικανά να δρουν σε εξαιρετικά μικρή κλίμακα, αντίστοιχη των μορίων ή των κυττάρων που μελετούν.

Μέχρι σήμερα, τα εργαλεία που μπορούσαν να λειτουργήσουν σε τέτοιο μικροσκοπικό επίπεδο προέρχονταν σχεδόν αποκλειστικά από τη φύση και την εξελικτική πορεία της. Η τεχνολογία CRISPR είναι ίσως το πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα, αλλά η ίδια προσέγγιση ισχύει και για το συνθετικό DNA ή για τη μεταφορά φαρμάκων στο σώμα. Η δημιουργία τεχνητών δομών τόσο μικρής κλίμακας φαινόταν αδύνατη χωρίς να στηρίζεται σε φυσικά βιολογικά συστήματα.

Ωστόσο, τώρα οι επιστήμονες στρέφονται σε τεχνικές που προέρχονται από τον κόσμο των μικροεπεξεργαστών για να ξεπεράσουν αυτόν τον περιορισμό. Χρησιμοποιώντας μεθόδους φωτολιθογραφίας που έχουν ήδη χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή σύγχρονων επεξεργαστών με εξαιρετικά λεπτομερή χαρακτηριστικά, η ερευνητική ομάδα κατάφερε να δημιουργήσει πολύ μικρές δομές. Όμως η μεγάλη πρόκληση δεν ήταν απλώς το μέγεθος: ήταν η δυνατότητα να ελέγχουν τη συμπεριφορά αυτών των δομών.

Η καινοτομία ξεκινά από μια τεχνική "nano-stenciling", κατά την οποία μεταλλικά "μπαλώματα" τοποθετούνται με ακρίβεια στην επιφάνεια μικροσκοπικών σωματιδίων. Οι επιστήμονες απέδειξαν μάλιστα ότι η τεχνική τους είναι τόσο λεπτομερής, που μπορούσαν να αποτυπώσουν ακόμη και το λογότυπο του πανεπιστημίου τους σε μικροκλίμακα. Αν και αυτή η λεπτομέρεια έχει περισσότερο επιδεικτικό χαρακτήρα, το σημαντικό είναι πως αυτά τα μεταλλικά κομμάτια ανταποκρίνονται σε μαγνητικά πεδία.

Όταν τα σωματίδια εκτεθούν σε κατάλληλο μαγνητικό πεδίο, είναι δυνατή η κατεύθυνση και η κίνηση τους μέσα σε κάποιο περιβάλλον. Το σχήμα και η τοποθέτηση των μεταλλικών περιοχών, σε συνδυασμό με τη μορφολογία του σωματιδίου και τη φύση του πεδίου, καθορίζουν τον τρόπο με τον οποίο το σωματίδιο θα κινηθεί.

Το επόμενο βήμα των ερευνητών ήταν να δημιουργήσουν πραγματικά ενεργά συστήματα, δηλαδή ρομπότ σε μικροκλίμακα. Μέσω της ίδιας τεχνικής, σχημάτισαν μικροκατασκευές σε σχήμα "L", τοποθετώντας μεταλλικά στοιχεία στην άκρη του μεγαλύτερου βραχίονα. Όταν αυτές οι μονάδες εκτεθούν σε σταθερό μαγνητικό πεδίο, τείνουν να σχηματίζουν "διμερή", δηλαδή ζεύγη με δομή που θυμίζει λαβίδα.

Η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση του πεδίου προκαλεί άνοιγμα και κλείσιμο αυτών των διμερών, επιτρέποντας τη μηχανική σύλληψη αντικειμένων ή την αλληλεπίδραση με το περιβάλλον, κάτι που συνιστά θεμελιώδη λειτουργία για κάθε ρομποτικό σύστημα, ανεξαρτήτως μεγέθους.

Αν και το απλό γεγονός ότι μπορούν να ελέγξουν τη συμπεριφορά αυτών των μικροσωματιδίων είναι από μόνο του εντυπωσιακό, καθώς ανοίγει δρόμους για στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων ή άλλες εφαρμογές μέσα στο ανθρώπινο σώμα, η δυνατότητα να κατασκευάζονται μικρορομπότ με λειτουργία "λαβίδας" προσφέρει ακόμη μεγαλύτερες δυνατότητες.

Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η τεχνολογία αυτή μπορεί να εξελιχθεί ώστε να δημιουργηθούν μικροσυσκευές που θα συλλαμβάνουν κύτταρα ή άλλες μικρές δομές, επιτρέποντας τη μετακίνησή τους μέσα σε ζωντανό οργανισμό. Το γεγονός ότι η κίνηση αυτών των μικρολαβίδων γίνεται μέσω εξωτερικών μαγνητικών πεδίων σημαίνει ότι θα μπορούσαν να "καλυφθούν" κύτταρα με τέτοιες δομές, οι οποίες στη συνέχεια θα μεταφέρονται στοχευμένα μέσα στο σώμα.

Το σημαντικότερο, ίσως, είναι πως οι επιστήμονες θεωρούν πως η συγκεκριμένη τεχνική δεν έχει ακόμη φτάσει στα όριά της. Μελλοντικές παραλλαγές θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν διαφορετικά είδη μεταλλικών επιφανειών, ικανά να ανταποκρίνονται σε διαφορετικά είδη μαγνητικών πεδίων ή ακόμη και σε άλλες εξωτερικές επιδράσεις.

[via]