ربات های کوچکی که از نور نیرو می گیرند می توانند باکتری ها را شکار و جمع آوری کنند

این توانایی می تواند به ویژه برای مواد بیولوژیکی موجود در آب، از جمله سلول ها و باکتری ها مفید باشد. کنترل دقیق و جابجایی اشیا در این مقیاس یک چالش همیشگی است. نانوروبات‌های جدید نشان می‌دهند که اکنون می‌توان باکتری‌ها را جمع‌آوری کرد، انتقال داد و در مکان‌های انتخابی رها کرد.

نور ربات های کوچک را نیرو می دهد و کنترل می کند

یکی از بزرگترین موانع در توسعه چنین ماشین های کوچکی، یافتن راهی کارآمد برای رانندگی و کنترل آنها است. در Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU)، یک تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور Bert Hecht در حال توسعه راه حلی هستند که از پس زدن تولید شده توسط فوتون های منفرد برای به حرکت درآوردن دستگاه های میکروسکوپی موسوم به microdrones استفاده می کند.

این دستگاه ها دارای حداکثر چهار نانوآنتن پلاسمونیک هستند. این آنتن ها نور با رنگ و پیچش خاصی را جذب می کنند و سپس آن نور را در جهت خاصی ساطع می کنند. تغییر جهت هر فوتون نیروی پس انداز کوچکی ایجاد می کند، که در اصل شبیه به پس زدن در هنگام شلیک گلوله است. از آنجایی که میکروپهپادها جرم کمی دارند، این نیروهای بسیار کوچک می توانند شتاب و سرعت قابل توجهی ایجاد کنند.

محققان برای آخرین کار خود، اندازه ربات های نوری خود را حتی بیشتر کاهش دادند و دستگاه هایی کوچکتر از یک میکرومتر تولید کردند. ساده‌سازی سیستم فرمان بخش مهمی از دستیابی به این اندازه و در عین حال حفظ پیشرانه مبتنی بر پس‌زدگی فوتون بود.

روش کنترل جدید از سیم های آنتن در مقیاس نانو که در ربات تعبیه شده است بهره می برد. این سیم ها به طور طبیعی تمایل دارند با جهت قطبش نور ورودی هماهنگ شوند. با تغییر قطبش نور، محققان می توانند کنترل کنند که نانوروبات در چه جهتی قرار دارد. در همان زمان، فوتون به عقب راندن آن به جلو ادامه می‌دهد و سیستم فرمانی را ایجاد می‌کند که تا حدودی مانند کنترل جهتی مورد استفاده در وسایل نقلیه بزرگ‌تر عمل می‌کند.

نانوروبات ها به عنوان پاک کننده میکروسکوپی عمل می کنند

جین چین، دانشمند تجربی ارشد در این مطالعه گفت: اساسا، ما یک نانوربات نور محور ایجاد کرده ایم که می تواند باکتری ها را ردیابی و جمع آوری کند. با ساده‌سازی طراحی، به اندازه‌ای رسیده‌ایم که این روبات‌ها می‌توانند مستقیماً در دنیای میکروبی کار کنند – تقریباً مانند دستگاه‌های تمیزکننده میکروسکوپی.»

ربات ها نیز بسیار قابل مانور هستند. آنها می توانند چرخش های 90 درجه ای بسیار سریع انجام دهند که به آنها کمک می کند مناطق وسیعی از نمونه را به شیوه ای سازمان یافته و کارآمد اسکن کنند. آنها همچنین می توانند به طور انتخابی تعداد قابل توجهی از باکتری ها را جذب، انتقال و آزاد کنند.

در شرایط آزمایشگاهی کنترل‌شده، این بدان معناست که نانوروبات‌ها می‌توانند به طور مؤثری محیط‌های میکروسکوپی را “تمیز کنند”. آنها باکتری ها را از یک منطقه جمع آوری می کنند و آنها را در مکان های خاص انتخاب شده رسوب می دهند.

برت هچت می‌افزاید: «این نمونه‌ای بارز از این است که چگونه می‌توان از نور نه تنها برای مشاهده دنیای میکروسکوپی، بلکه برای شکل‌دهی فعال آن استفاده کرد». ایده پاک کننده های رباتیک کوچک ممکن است آینده نگرانه به نظر برسد، اما ما در حال حاضر اصول فیزیکی را نشان می دهیم که آن را ممکن می کند.

ربات‌ها حتی زمانی که گروه‌های بزرگ‌تری از باکتری‌ها را حمل می‌کنند کاملاً قابل مانور می‌مانند، اگرچه سرعت آنها تا حدودی با بار اضافی کاهش می‌یابد. این توانایی برای ادامه عملکرد در حین انتقال خوشه های باکتریایی بزرگتر به کاربردهای احتمالی آینده در میکروبیولوژی، تحقیقات زیست پزشکی و دستکاری دقیق مواد در مقیاس میکروسکوپی اشاره دارد.