Мікророботи-бульбашки: революція у медицині та технологіях руху майбутнього
Науковці з США і Китаю зробили значний прорив у сфері нанотехнологій, запропонувавши інноваційний метод руху для мікроскопічних роботів, здатних замінити традиційні ін’єкційні голки.
Ця нова техніка базується на явищі кавітації — швидкому руйнуванні повітряних або газових бульбашок у рідині, що призводить до утворення ударної хвилі.
Вчені розробили мікророботів, яких назвали «стрибунами», здатних долати великі відстані за своїми мікроскопічними розмірами — їм вдалося підніматися на висоту до 1,5 метрів і розвивати швидкість до 12 метрів на секунду у воді.
Застосування цієї технології дозволяє максимально точно контролювати рухи пристроїв навіть у складних умовах, наприклад, у лабіринтах або мікрофлюїдних каналах.
Основною ідеєю є створення бульбашок шляхом нагріву спеціального світлопоглинального матеріалу лазером, що викликає їхнім раптовий руйнування — вибух, який формує ударну хвилю.
Регулюючи параметри лазерного імпульсу, дослідники можуть керувати напрямком і силою руху мікро-стрибунів.
Цей підхід ґрунтується на природних прикладах: розсіюванні спор папороті та стріляннях риб-стрільців.
Особливо важливо, що в порівнянні з існуючими методами — магнітними полями або хімічним рухом — кавітаційний метод є більш точним і не вимагає складних механічних або енергетичних джерел всередині пристрою.
У медичній сфері потенціал застосування таких мікро-роботів вже має велике значення.
Вони здатні проникати крізь шкіру, тому є перспективою для безголкових ін’єкцій: доставляти ліки безпосередньо до уражених чи ракових зон.
Технологія дозволяє здійснювати таргетовану доставку препаратів, а світлодіодне керування робить її мінімально інвазивною.
Окрім медицини, мікропристрої знайдуть застосування в дослідженнях важкодоступних середовищ — трубопроводах, мікромеханізмах або біологічних системах.
Вони можуть пересуватися по нерівних і вологих поверхнях, працювати у крові або міжклітинних рідинах.
Проте, є і чимало технічних викликів, зокрема забезпечення безпечного контролю кавітації в людському тілі і подолання обмежень глибини проникнення лазера в біологічні тканини.
Для цього можливо застосувати волоконно-оптичні технології або інфрачервоні хвилі.
Ще одна складність — забезпечення біосумісних і безпечних матеріалів для «стрибурів», зокрема використання композитів на основі титану, поліпіролу та карбіду титану, які потрібно довести до рівня повної біоінертності.
Попри початкову стадію досліджень, результати вже демонструють обнадійливі перспективи застосування кавітаційних мікро-рухів, що може радикально змінити підходи до медичних процедур і неінвазивного лікування, відкривши нову еру у багатьох галузях науки та техніки.