Kinh ngạc robot siêu nhỏ hình khuyên có thể di chuyển trong chất nhầy

Một robot như vậy có thể giúp ích rất nhiều trong lĩnh vực như y học và giám sát môi trường.

14/10/2024 11:30

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Tampere ở Phần Lan và Đại học Kiến trúc An Huy, Trung Quốc đã có bước đột phá đáng kể trong lĩnh vực robot mềm.

Nghiên cứu của họ giới thiệu loại robot siêu nhỏ hình khuyên (giống một chiếc nhẫn), kích nước nano điều khiển bằng ánh sáng đầu tiên có thể di chuyển tự động trong chất lỏng nhớt, chẳng hạn như chất nhầy.

Cấu tạo và cách thức di chuyển của robot sinh học siêu nhỏ có hình khuyên tròn được các nhà khoa học tạo ra. Ảnh: Nature

Nhìn qua kính hiển vi quang học sẽ thấy một vũ trụ ẩn chứa đầy sự sống. Thiên nhiên đã đưa ra những phương pháp khéo léo để các vi sinh vật định hướng trong môi trường nhớt của chúng: ví dụ, vi khuẩn E. coli sử dụng chuyển động xoắn ốc, lông mao chuyển động theo sóng phối hợp và roi dựa vào chuyển động giống như roi để đẩy mình về phía trước. Tuy nhiên, bơi ở cấp độ vi mô cũng giống như một con người cố gắng bơi qua mật ong, do lực nhớt quá lớn.

Lấy cảm hứng từ thiên nhiên, các nhà khoa học chuyên về công nghệ vi rô-bốt tiên tiến hiện đang trên con đường tìm ra giải pháp. Trọng tâm của nghiên cứu tiên phong của Đại học Tampere là một vật liệu tổng hợp được gọi là elastomer tinh thể lỏng.

Elastomer này phản ứng với các kích thích như tia laser. Khi được làm nóng, nó tự cuộn đều quanh trục tròn của hình khuyên để có thể di chuyển vài milimet mỗi giây.

Thông qua sự điều chỉnh nhiệt độ, hướng chiếu laser thì robot có thể thay đổi hướng trong không gian 3 chiều lẫn tốc độ di chuyển một cách linh hoạt.

Theo Zixuan Deng, Tiến sĩ nghiên cứu tại Đại học Tampere và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu, khám phá này không chỉ đại diện cho bước tiến đáng kể trong lĩnh vực robot mềm mà còn mở đường cho sự phát triển của các loại robot siêu nhỏ có khả năng di chuyển trong môi trường phức tạp.

'Những hàm ý của nghiên cứu này vượt ra ngoài lĩnh vực robot, có khả năng tác động đến các lĩnh vực như y học và giám sát môi trường. Ví dụ, sáng kiến này có thể được sử dụng để vận chuyển thuốc qua chất nhầy sinh lý và thông tắc mạch máu sau khi thu nhỏ thiết bị', ông nói.

Hình khuyên tròn giúp đơn giản hóa việc điều khiển robot bơi Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học đã bị mê hoặc bởi những thách thức độc đáo của việc bơi ở cấp độ vi mô, một khái niệm được nhà vật lý Edward Purcell giới thiệu vào năm 1977. Ông là người đầu tiên tưởng tượng ra cấu trúc hình khuyên tròn vì tiềm năng của nó trong việc cải thiện khả năng định hướng của các sinh vật cực nhỏ trong môi trường mà lực nhớt chiếm ưu thế và lực quán tính không đáng kể. Điều này được gọi là chế độ Stokes hoặc giới hạn số Reynolds thấp. Mặc dù có vẻ đầy hứa hẹn, nhưng chưa có người bơi hình xuyến nào như vậy được chứng minh. Khi được chiếu laser để điều hướng, vi robot này có thể di chuyển với tốc độ vài mm mỗi giây. Ảnh: Nature Giờ đây, một bước đột phá trong thiết kế đã đơn giản hóa việc điều khiển robot bơi, loại bỏ nhu cầu về kiến trúc phức tạp. Bằng cách sử dụng một chùm ánh sáng duy nhất để kích hoạt chuyển động không qua lại, những robot này tận dụng ZEEM để tự động xác định chuyển động của chúng. Sự đổi mới của chúng tôi cho phép bơi tự do ba chiều trong chế độ Stokes và mở ra những khả năng mới để khám phá những không gian hạn chế, chẳng hạn như môi trường vi lưu. Ngoài ra, những robot hình khuyên tròn có thể chuyển đổi giữa chế độ lăn và chế độ tự đẩy để thích nghi với môi trường của chúng Tiến sĩ Zixuan Deng tin rằng các nghiên cứu trong tương lai sẽ khám phá sự tương tác và động lực tập thể của nhiều hình xuyến, có khả năng dẫn đến các phương pháp giao tiếp mới giữa các vi rô-bốt thông minh này.