Многокомпартментные мембраны для многоклеточных роботов
Типичный образ робота — это двигатели и схемы в металлическом корпусе. Однако область молекулярной робототехники, пионером которой является Япония, начинает это менять.
Подобно тому, как формируются сложные живые организмы, молекулярные роботы получают форму и функциональность из собранных молекул. Такие роботы могут иметь важные применения, например, для лечения и диагностики заболеваний in vivo.
Первая задача в создании молекулярного робота — это самая базовая потребность любого организма: тело, которое удерживает всё вместе. Но создание сложных структур, особенно на микроскопическом уровне, оказалось инженерным кошмаром, и сейчас существует много ограничений.
Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа из Университета Тохоку разработала простой метод создания молекулярных роботов из искусственных, похожих на многоклеточные, тел, используя молекулы, которые могут самоорганизовываться в нужные формы.
Команда, включая доцента Шин-ичиро Номуру и постдока Ричарда Арчера с факультета робототехники, недавно сообщила о прорыве в журнале Langmuir.
«Наша работа продемонстрировала простую технику самосборки, использующую фосфолипиды и синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ), нанесённые на гидрофобную силиконовую губку», — сказал Арчер.
Когда Номура и его коллеги ввели воду в губку, покрытую липидами, гидрофильные и гидрофобные силы позволили липидам и ПАВ самоорганизоваться, что позволило воде впитаться. Затем губку поместили в масло, где спонтанно образовались стабилизированные водные капли микронного размера, когда вода была вытеснена из твёрдой основы. При пипетировании на поверхность воды эти капли быстро собирались в более крупные плоские макроскопические структуры, как кирпичи, образующие стену.
«Наша разработанная техника может легко строить сантиметровые структуры из сборки микронных компартментов и позволяет использовать более одного типа капель», — добавляет Арчер. «Используя разные губки с водой, содержащей разные растворённые вещества, и формируя разные типы капель, капли могут объединяться в гетерогенные структуры. Этот модульный подход к сборке открывает почти бесконечные возможности».
Команда также могла превращать эти тела в управляемые устройства с индуцированным движением. Для этого они ввели магнитные наночастицы в гидрофобные стенки многокомпартментной структуры.
Арчер говорит, что этот многокомпартментный подход к дизайну роботов позволит создавать гибкие модульные конструкции с множеством функций и может переопределить то, что мы представляем под роботами. «Будущая работа приблизит нас к новому поколению роботов, которые собираются молекулами, а не выковываются из стали, и используют функциональные химические вещества, а не кремниевые чипы и двигатели».