海星幼蟲啟發(fā)的微型機器人可以精確地提供藥物。圖片來源:瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院
人類一直對微型機器人的想法很著迷,這種技術(shù)最終可以提供一系列的應(yīng)用,包括在醫(yī)療保健方面,如有針對性的藥物輸送和顯微外科手術(shù)。這種機器人的設(shè)計常常受到自然界中的微生物,如細(xì)菌或藻類的啟發(fā)。
現(xiàn)在,瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的一個研究小組首次開發(fā)了一種微型機器人設(shè)計,其靈感來自海星幼蟲,海星幼蟲利用其表面的睫狀帶進行游泳和進食。這個尚未命名的微型機器人措施是一個長方形,而且小十倍,只有四分之一毫米寬。它通過移動微小的表面毛發(fā)或纖毛在液體中游動,纖毛在各種微生物上發(fā)現(xiàn),包括新生海星。這個超聲波激活的合成系統(tǒng)模仿了自私的纖毛帶的自然排列,并利用非線性聲學(xué)來復(fù)制幼蟲的運動和操縱技術(shù)。
研究人員使用光刻技術(shù)建造了一個具有適當(dāng)傾斜的睫狀帶的微型機器人。然后他們從一個外部來源施加超聲波,使纖毛擺動。合成的纖毛每秒來回跳動超過一萬次,這比海星幼蟲的纖毛快了約一千倍。這些跳動的纖毛可以用來在前面產(chǎn)生具有吸力效應(yīng)的漩渦,在后面產(chǎn)生具有推力效應(yīng)的漩渦,其綜合效應(yīng)使機器人 "火箭式 "地前進。
在實驗室實驗中,研究人員成功地使微型機器人在液體(如水)中直線游泳。在水中加入微小的塑料珠子,就有可能看到微型機器人產(chǎn)生的渦流。研究人員隨后安排了睫狀帶,使一個吸力漩渦位于一個推力漩渦旁邊,模仿海星幼蟲使用的喂食技術(shù)。這種安排使機器人能夠收集顆粒,并將它們按照預(yù)定的方向送出去。
研究人員認(rèn)為,在可預(yù)見的未來,這種微型游泳器可以準(zhǔn)確無誤地將藥物送到病變細(xì)胞中。領(lǐng)導(dǎo)這項研究的丹尼爾-艾哈邁德說:“我們的愿景是將超聲波用于推進、成像和藥物輸送。最初應(yīng)用領(lǐng)域可能是治療胃部腫瘤。微型機器人將藥物專門運送到胃腫瘤的部位,然后將其送到那里,這可能使藥物更有效地被腫瘤細(xì)胞吸收,并減少副作用?!?/p>
然而,在這之前,一個重大挑戰(zhàn)仍有待克服:成像。研究人員已經(jīng)計劃通過加入造影劑,如那些已經(jīng)用于超聲醫(yī)學(xué)成像的造影劑,使微型機器人更加明顯。
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