تیمی به سرپرستی مینگمینگ وو، استاد مهندسی زیست‌شناسی و محیط‌زیست در دانشکده کشاورزی و علوم زیستی دانشگاه کرنل، روبات‌هایی با اندازه‌ای در ابعاد یک سلول ایجاد کردند که می‌توانند توسط امواج فراصوت هدایت شوند. این شناگران میکرو روباتیک، علیرغم اندازه کوچکی که دارند، حرکات آن‌ها از باکتری‌ها و اسپرم الهام گرفته و می‌توانند در آینده، ابزار جدیدی برای تحویل دارویی هدفمند باشند.
ساخت شناگران کوچک برای حمل مواد دارویی
بیش از یک دهه است که آزمایشگاه مینگمینگ وو در حال بررسی ساز و کارهای حرکتی و ارتباطی میکروارگانیسم‌ها از باکتری‌ها گرفته تا سلول‌های سرطانی است. هدف نهایی آن‌ها ایجاد یک میکرو روبات با قابلیت کنترل از راه دور بود که بتواند در بدن انسان حرکت کند.
مینگمینگ وو می‌گوید: «ما امروزه می‌توانیم هواپیماهایی بسازیم که از پرندگان بهتر است. اما در مقیاس‌های بسیار کم، شرایط پیچیده‌ای وجود دارد که طبیعت بسیار بهتر از ما می‌تواند این شرایط را کنترل کند. به‌عنوان مثال، باکتری‌ها میلیاردها سال فرگشت داشته‌اند تا روش انجام کار خود را کامل کنند. این موضوع ما را به این فکر انداخت که در واقع می‌توانیم چیزی مشابه را مهندسی کنیم. اگر بتوانید دارو را به منطقه مورد نظر مانند سلول‌های سرطانی بفرستید، آنقدر عوارض جانبی نخواهید داشت.»
از جمله ویژگی‌های مبتکرانه آن‌ها این است که باکتری‌ها می‌توانند ۱۰ برابر طول بدن خود، در یک ثانیه شنا کنند و اسپرم می‌تواند برخلاف جریان شنا کند.
تیم تحقیقاتی مینگمینگ وو در ابتدا سعی کرد یک میکرو روبات را طراحی و چاپ سه‌بعدی کند که از روش استفاده باکتری‌ها از تاژک برای حرکت خود تقلید می‌کرد. با این حال، مانند هوانوردان اولیه که هواپیماهای دست و پاگیر آن‌ها برای پرواز شباهت زیادی به پرندگان داشت، این تلاش نیز به شکست انجامید. هنگامی‌که لو به آزمایشگاه وو پیوست، آن‌ها شروع به بررسی رویکرد جدیدی کردند. مانع اصلی، چگونگی تامین انرژی در این روبات‌ها بود. یک میکرو روبات قبل از شنا کردن نیاز به انرژی دارد.
مینگمینگ وو گفت: «باکتری‌ها و اسپرم‌ها اساساً مواد آلی موجود در مایع اطراف را مصرف می‌کنند و این برای تأمین انرژی آن‌ها کافی است. اما برای روبات‌های مهندسی شده این کار سخت است، زیرا اگر باتری حمل کنند، حرکت آن‌ها برای آن‌ها بسیار دشوار خواهد بود.»
این تیم، ایده استفاده از امواج صوتی با فرکانس بالا را مطرح کرد. از سونوگرافی می‌توان به راحتی در محیط آزمایشگاهی تجربی استفاده کرد. به‌عنوان یک مزیت دیگر برای فرآیند فراصوت باید گفت که این فناوری برای مطالعات بالینی توسط سازمان غذا و داروی آمریکا، ایمن تلقی شده است.
لو با همکاری با مرکز علوم و فناوری نانومقیاس دانشگاه کرنل، سعی کرد نمونه اولیه‌ای با فوتولیتوگرافی ایجاد کند، اما زمان بر بود و نتایج قابل استفاده نبود.
این پروژه هنگامی‌که این مرکز یک سیستم لیتوگرافی لیزری جدید به‌نام NanoScribe خریداری کرد، سرعت بیشتری گرفت، سیستمی که باعث ایجاد نانوساختارهای سه‌بعدی با نوشتن مستقیم روی یک رزین حساس به نور شد. این فناوری محققان را قادر می‌سازد تا طرح‌های خود را به راحتی در مقیاس میکرومتر تغییر دهند و تکرارهای جدید را به سرعت تولید کنند. در مدت شش ماه، لو یک شناگر میکرو رباتیک مثلثی ایجاد کرد که شبیه حشره‌ای است. مهمترین ویژگی شناگر، وجود یک حفره در پشت آن است. از آنجا که مواد رزینی آن آبگریز است، هنگامی‌که روبات در محلول غوطه‌ور می‌شود، یک حباب کوچک هوا به‌طور خودکار در هر حفره محبوس می‌شود. زمانی که امواج فراصوت روبات را هدف قرار می‌دهد، حباب هوا نوسان نموده و گرداب‌هایی را ایجاد می‌کند که شناگر را به جلو سوق می‌دهد.
چالش پیش رو، ایجاد سازگاری زیستی با این شناگران خواهد بود تا بتوانند در بین سلول‌های خونی که اندازه آن‌ها تقریباً همین اندازه روبات‌ها است حرکت کنند. شناگران کوچک آینده نیز باید از مواد تجزیه‌پذیر تشکیل شده باشند تا بسیاری از روبات‌ها به‌طور هم‌زمان ارسال شوند.
