Крошечные 3D-принтированные микророботы прокладывают путь к точечной доставке лекарств

Исследователи Georgia Tech показали, что роботы размером с частицу пыли способны на точный двунаправленный контроль. Используя силу магнитного поля, генерируемого одной электромагнитной катушкой, мобильные микророботы — самые маленькие своего типа.

«Существуют плавющие микророботы похожего размера, но это самые маленькие "шагающие" роботы, движущиеся по твердой поверхности», — сказала Азаде Ансари, младший профессор семейства Sutterfield в школе электротехники и компьютерных наук Georgia Tech.

Исследование Georgia Tech недавно опубликовано в Journal of Micro-Bio Robotics. В настоящее время большинство магнитно-актуированных микробот-систем полагаются на добавление множества электромагнитов для полного контроля, что ведет к более высокому потреблению энергии и менее гибким сетапам. Демонстрация того, что одна катушка достаточна для точного двунаправленного контроля движения — значительный преодоленный барьер, по мнению Ансари. С микроботами, ставшими гораздо легче в управлении, команда смогла продемонстрировать микроманипуляционные возможности.

«С тем, что мы показали, мы уже можем думать о применении микроботов в лабораторной настройке», — сказала Ансари. «Могли бы быть сотни роботов на одном субстрате, работающих подобно муравьям в колонии».

Весной 2019 г. команда Ансари представила более крупные (2 мм) «micro-bristle-bots», движущиеся за счет вибраций. Вибрации больше не нужны для движения микроботов из-за их обновленного «rocker» дизайна — следовательно micro-rocker bots. Новый дизайн позволяет ботам двигаться, выполняя stick-slip движение с out-of-plane магнитным полем.

Stick-slip движение по сути относится к двум состояниям робота: одно — когда робот в закрепленном/стационарном положении на поверхности, другое — когда робот «скользит» слегка в одном направлении и достигает чистого движения, по словам PhD-студента Тони Ван. Когда магнитное поле включено, робот по сути поднимается и падает. Это движение дает достаточно кинетической энергии для движения робота.

Так же важно, как и rocker дизайн, статья демонстрирует новое использование смещения волновой формы для смещения направления траектории робота. Знак смещения магнитного поля (положительный или отрицательный), а также угол rocker с поверхностью определяют направление движения микроботов. Вместе rocker дизайн и магнитное смещение делают микроботов способными на хорошо контролируемое и, важно, выбираемое движение. Ускорение и заторможение микро-rocker ботов могут быть дальше контролированы изменением частоты магнитного поля.

100-микрометровые микроботы были 3D-напечатаны на стеклянный субстрат через двухфотонную литографию и затем осаждены никелевым тонкопленочным покрытием, которое действует как полужесткий магнит в ответ на внешние магнитные поля. Для многих лабораторных приложений роботы могут печататься прямо на субстрат, который пойдет под микроскоп, но их также можно печатать и транспортировать микропипеткой.

«Есть много областей, где микроботы могут быть применены в рамках текущего 2D под-микроскопического процесса, который мы установили», — сказала Ансари. «Но есть будущее, где их можно инъецировать в живые организмы для доставки лекарств или ремонта травм».

Для получения информации свяжитесь с Джорджи Пармили, Georgia Institute of Technology, по email (защищен от спам-ботов, нужен JS); 404-281-7818.