Самый маленький робот в мире поможет в изучении структуры ДНК

Физики и инженеры из Корнельского университета (штат Нью-Йорк) создали самого маленького движущегося робота. Его задача — взаимодействовать с волнами видимого света и перемещаться самостоятельно, чтобы попадать в определённые места организма и делать там снимки либо собирать данные.



— профессор Пол Макьюэн, руководитель исследования.

Ранее те же учёные уже установили мировой рекорд по созданию самого маленького шагающего робота размерами 40–70 микрон.


— Итай Коэн, профессор физики и соавтор исследования.

Впервые такой отрасли, как дифракционная робототехника, удалось объединить автономно движущихся роботов с методами визуализации (получения изображений). Технология основана на дифракции видимого света — это отклонения световой волны при прохождении через отверстие или при огибании препятствий. При этом, чтобы получить изображение, требуется отверстие, размером сопоставимое с длиной световой волны.

Чтобы такая оптика функционировала, роботы должны быть соответствующего размера. А чтобы столь малые роботы могли добираться до целей, им нужно уметь передвигаться самостоятельно. Команда из вузовских физиков и инженеров достигла обеих целей.

Управляемые магнитами, которые заставляют мироустройства сжиматься и разжиматься, роботы могут медленно ползти по твёрдой поверхности либо толчками продвигаться в жидкости. На второй иллюстрации составлен коллаж из стоп-кадров с фазами локомоции (движения) микроробота.



Чтобы управлять роботами столь малого масштаба с помощью магнитного поля, коллектив создателей изготовил сотни наноразмерных магнитов. У этих магнитов одинаковый объём, но разная форма — они продолговатые и тонкие либо короткие и толстые. По словам профессора Коэна, сама идея принадлежит физику из Университета Фудань Цзичжаю Цуй.

Продолговатой и вытянутой фазе движения робота нужно более сильное магнитное поле, чтобы развернуть его в другую сторону, а при короткой и сжатой фазе потребуется поле поменьше, и для этого служат разнообразные магниты. Для создания роботов учёные из Корнельского университета объединили этот принцип с возможностью получать очень тонкие плёнки, разработанные в Центре нанотехнологий вуза.


— Коэн.

Иначе говоря, за неимением возможности создать крошечный микроскоп и разместить его в нужное время в определённой точке, для этого откомандировали робота, которому делегировали функции объектива.

По сути, получившиеся роботы — это очень податливые пружины. И когда некая сила давит на них, робот сжимается. В этот момент меняются показатели дифракции, так что исследователи к тому же могут точно замерить приложенную к роботу силу, и он в таком случае служит в качестве датчика.

По словам исследователей, сочетание манёвренности, гибкости и оптической технологии значительно продвигает робототехнику вперёд. Они полагают, что возможности измерения силы и оптические функции принесут пользу в фундаментальных исследованиях, например, при изучении структуры ДНК. Но у крошечных роботов также есть будущее в непосредственно больницах.

Доцент Франческо Монтиконе, соавтор исследования, сказал, что представляет себе рои дифракционных микророботов, выполняющих микроскопию сверхвысокого разрешения и задачи по сбору данных, перемещаясь по поверхности анализируемого вещества или ткани. Весь спектр преимуществ от объединения на микроуровне робототехники и оптической инженерии ещё предстоит осознать, добавил учёный.