RW Space

В 1959 году знаменитый физик-теоретик Ричард Фейнман фантазировал о будущем, в котором микророботы будут плавать в нашей крови, ремонтируя наши внутренности или доставляя лекарства по ходу дела.

Шестьдесят пять лет спустя, ученые постепенно приближаются к этой реальности.

Инженеры Токийского университета теперь нашли способ моторизировать крошечные микроскопические структуры без необходимости внешнего источника энергии.

Решение ? Группа свободно передвигающихся одноклеточных организмов, запряженных в «колесницу», похожую на маленьких лошадок.

Исследование было не просто поиском привлекательности, хотя оно выглядит так же очаровательно, как и звучит. Одна из проблем созданных на данный момент «микроботов» заключается в том, что, будучи такими крошечными, жидкости, такие как кровь, могут приобретать вязкость патоки.

Это затрудняет передвижение бота, поэтому ученые уже много лет пытаются создать крошечные двигатели, достаточно мощные, чтобы с большей легкостью приводить в движение такие конструкции.

Используя способность быстрого плавания зеленых водорослей Chlamydomonas Reinhardtii, японские инженеры придумали уникальное решение.

Каждая ячейка C. Reinhardtii имеет ширину всего 10 микрометров, что составляет треть размера буксира Benchy – самого маленького корабля в мире, напечатанного на 3D-принтере в 2020 году.

Однако вместе они могут тянуть машины в пять раз больше, чем их собственный индивидуальный размер – «открывая совершенно новую сферу возможностей для разработки сложных микромашин», говорят конструкторы машины.

Водоросли, считающиеся безопасными для потребления человеком, приводятся в движение двумя жгутиками, продвигающими каждую единицу вперед аналогично брассу.

Запертые внутри специально разработанной корзины, напоминающей уздечку, жгутики клетки торчат вперед, позволяя ей тащить остальную часть транспортного средства. позади, когда он гребет.

В отличие от других микромоторов, разработанных учеными, которые часто полагаются на внешние источники энергии, такие как магнитные или электрические поля, живые двигатели, такие как С. Reinhardtii может передвигаться автономно.

Ведущий автор Харука Ода и его коллеги спроектировали два разных пластиковых транспортных средства, напечатанных на 3D-принтере, для управления водорослями, каждое из которых имеет ширину от 50 до 60 микрон. Для сравнения: толщина среднего человеческого волоса составляет около 100 микрон.

Одна из микромашин называется «Скутер». У него есть две корзины для улавливания двух клеток водорослей, обе из которых обращены в одном направлении и соединены с «колесницей» сзади.

Без подсказки, C. Reinhardtii занимают свои позиции в каждой кабине.

Исследователи были удивлены, обнаружив, что самокат не двигался прямо, даже когда каждая корзина была занята. Вместо этого он вращался и поворачивался причудливыми способами. Он даже сделал 15 сальто назад и 10 перекатов.

Другая форма транспортного средства, называемая «Ротатор», двигалась более плавно. Он был спроектирован с четырьмя корзинами, каждая из которых направлена ​​в одном направлении и соединена спицами в колесообразное образование.

Поскольку каждая из четырех корзин занимает одна клетка водоросли, структура «вращается». ‘ со средней скоростью от 20 до 40 микрометров в секунду, что-то вроде аттракциона на микроскопическом карнавале.

C. reinhardtii может достигать скорости 100 микрометров в секунду, когда его не затрудняют, поэтому исследователи сейчас пытаются выяснить, смогут ли они заставить эти микромашины двигаться быстрее и с большей точностью.

Ротатор, размер которого составлял всего 56 микрометров, в пять раз больше, чем другой ранее разработанный микроавтомобиль, который был создан в 2017 году и приводился в движение самоходными бактериями. Однако, в отличие от водорослей, скорость движения этих бактерий приходилось контролировать с помощью специального модулятора света.

«Разработанные здесь методы полезны не только для визуализации отдельных движений водорослей, но и для разработки инструмента которые могут анализировать их скоординированные движения в стесненных условиях», — говорит Сёдзи Такеучи, курировавший проект.

«Эти методы могут в будущем превратиться в технологию, которую можно будет использовать для экологического мониторинга водных животных. окружающей среды и для транспортировки веществ с использованием микроорганизмов, таких как перемещение загрязняющих веществ или питательных веществ в воде».

Однажды эти направления исследований могут даже воплотить в жизнь мечту Фейнмана о микроботе, доставляющем «небольшие грузы», например лекарства. , в жидкой среде, такой как кровь, питаемой самой жизнью.

Исследование опубликовано в журнале Small.