Magnetičtí mikro-robotiVeritasium

Tohle jsou magnetičtí mikro-roboti. Měří pouhé milimetry. Ohýbají se a pohybují vlivem magnetického pole. Dají se ovládat joystickem a díky tomu jimi lze přesně manipulovat. Dokážou se otáčet změnou magnetického pole, kutálet se v rotujícím poli, a dokonce uchopovat a skákat. Je to, jako byste hrál videohru.

V rámci jednoho z mých projektů jsem demonstroval, jak manipuluji s bloky materiálu pomocí mikro-robotického buldozeru. Hrál jsem Tetris. Jedním z možných použití může být sestavení lidských tkání skládáním různých druhů buněk do konkrétních vzorců. Způsob výroby mikro-robotů je velice chytrý. V silném magnetickém poli zmagnetizují malé magnety z kovů vzácných zemin. Ty pak smíchají s UV pryskyřicí, která po ozáření UV světlem ztvrdne.

Roztok nalijí do formy a umístí na podstavec, pod kterým je točící se permanentní magnet. Tak vznikne nastavitelné magnetické pole, podle kterého se všechny malé magnety v pryskyřici zarovnají. Jakmile dosáhnou požadované orientace, na konkrétní bod se namíří UV světlo, čímž magnety zataví tam, kde jsou. Pak mohou nastavit magnetické pole jiným směrem a zatavit další část.

Výsledkem je pružný stroj vyložený magnety různých uspořádání. To jim umožňuje unikátně reagovat na magnetické pole. Pokud v ohebném zařízení namíříme dvě špičky kompasu opačným směrem a aplikujeme na ně magnetické pole vertikálně, budou se obě snažit srovnat s magnetickým polem. Se správným magnetickým polem to může být velice sofistikované. Sledujte, jak tenhle robot zvedne blok, překutálí se s ním na rampu, rampu překoná, nahoře blok nechá a pak se vrátí do původní polohy.

Tato zařízení by se dala využívat v lékařství. Mohla by se poslat do tekutých oblastí vašeho těla, do zažívacího traktu, například jako kapsle, kterou spolknete. Ta bez drátů pasivně projde vaším zažívacím traktem a pak ji ve správnou chvíli můžeme zaktivovat, aby zformovala jakousi komoru, která se otevře a odebere vzorek například žaludku, obsahu tenkého střeva nebo vzorek stěny střeva pro biopsii.

Ale uchopovací stroje podobné těmto nebudou jediní roboti, které budeme mít v těle. Jiná skupina výzkumníků přišla s ještě menšími částicemi ve tvaru arašídů. V určitém magnetickém poli vytvoří roje.

Ty se mohou shlukovat do rozličných tvarů: vír, kde jsou částice spolu jako houf ryb, řetěz, kde se částice seřadí a pohybují se v jedné linii, a provázek, kde se částice pohybují kolmo k jejich ose. Mohly by se používat pro dopravu léků. Každá částice by mohla nést malé množství léku a být dopravena na požadované místo. Aby se roj dal použít v lékařství, musí se držet pohromadě.

Asi neuvidíte jednotlivé mikrometrové částice, ale uvidíte celý roj, takže je potřeba ho držet pohromadě, abyste vždy znali jeho pozici. Ale při průchodu úzkými místy, například cévami, nesmí celková velikost roje přesáhnout velikost cévy, jinak se tam nevejde, takže je musíte seřadit a protlačit. Kvůli tomu jsme se naučili ovládat tvar roje.

Kdo ví, třeba vám jednoho dne budou roje mikro-robotů čistit zuby. Další skupina výzkumníků použila roboty k odstranění biofilmu, což jsou kolonie bakterií chráněné polysacharidy. Částo vznikají na lékařských nástrojích, uvnitř trubek a na zubech. Je tenhle nápad s magnetickými roboty schopný nahradit předchozí návrhy? Představuji si to jako sci-fi budoucnost s nanoboty, kteří se ovládají a nabíjejí sami a tak dále. Dobrá otázka.

Výhodou magnetických polí je, že je jednoduché tuhle technologii škálovat. Můžeme vyrábět magnetické mikro-roboty o velikosti buňky, ale můžeme je vyrábět i centimetr velké. V principu se chovají stejně. Velkou část funkcí tady vykonávají magnetické cívky a velké počítače, které spolu s napájením leží mimo operační plochu. Ty obtížné úkony při ovládání robotů jsou stejné jako při tradiční velikosti.

Máme velký počítač a k němu připojené lékařské zobrazovací metody. Tohle všechno se děje mimo operační plochu. Na ní pak k zařízení přenášíme jen magnetické pole. Náš mikrobot je tak v podstatě jen mechanickou rukou celého robota, který leží na stole vedle pacienta.