Исследователи из Колумбийского университета разработали метод производства микророботов, которые могут сами двигаться по поверхности материала к месту с дефектной структурой и "ремонтировать" его. Статья об этом была опубликована в журнале Physical Review Research.
Большинство синтетических материалов, в том числе составляющих основу электродов аккумуляторных батарей, полимерных мембран и катализаторов, со временем деградируют, поскольку они не имеют внутренних механизмов для "ремонта" возникающих со временем дефектов. Помочь это исправить могут микророботы, вовремя обнаруживающие поломку и "залечивающие" ее.
В новой работе американские ученые пытались создать микромашины, которые бы имитировали поведение бактерий, движущихся в определенном направлении на химический или физический сигнал, например изменение концентрации одного из соединений в среде.
Ранее для этой цели ученые использовали небольшие частицы, приводимые в движение химическим топливом или другими видами энергии. Такие пространственные изменения в окружающей среде (например, в концентрации) могут действовать так, чтобы физически ориентировать частицу и тем самым управлять ее движением. Но этот тип управления частицами имеет серьезные ограничения и не позволяет выполнять нужные задачи.
Поэтому ученые придумали новый подход к кодированию автономной навигации микророботов, который основан на изменяющих форму материалах. Локальные особенности окружающей среды, такие как температура или кислотность, определяют трехмерную форму частицы, что, в свою очередь, влияет на ее движение. Контролируя форму частицы и ее реакцию на изменения окружающей среды, исследователи выяснили, как сконструировать микророботов для отклика на различные стимулы. Причем необходимая интенсивность таких стимулов оказалась значительно меньше, чем при использовании стандартного метода управления.
Рассчитанная траектория движения микроробота
Yong Dou/Columbia Engineering
"Мы впервые показали, как можно использовать изменяющие форму материалы в качестве бортовых компьютеров для микророботов - устройств, меньших толщины человеческого волоса, которые запрограммированы на автономную навигацию, - отмечает Йонг Доу, соавтор исследования и аспирант Колумбийского университета. - Такие микророботы могут выполнять более сложные задачи. Например, это распределенное зондирование дефектов материалов, автономная доставка терапевтических препаратов и ремонт материалов, клеток или тканей".
Микророботы могут создаваться на основе технологии нанолитографии NanoMaker.com