ریزربات‌ها جایگزین سوزن تزریقات می‌شوند

به گزارش ایسنا، یک گروه از دانشمندان آمریکایی و چینی از پدیده فروپاشی حباب برای تامین نیروی مورد نیاز ربات‌های کوچک و جایگزین سوزن‌های پزشکی استفاده کردند. آنها روش جدیدی را ابداع کردند که از ترکیدن حباب به عنوان یک سامانه پیشران برای ریزربات‌ها استفاده می‌کند. شاید بتوان این فناوری را جایگزین روش‌های تزریق دارو با سوزن و کاربردهای دیگر کرد.

به نقل از آی‌ای، پدیده «حفره‌زایی»(cavitation) یا فروپاشی ناگهانی حباب‌ها در مایع که در آن کاهش فشار باعث تبخیر موضعی مایع و ایجاد حباب‌ می‌شود، در مرکز این روش جدید قرار دارد.

این گروه پژوهشی با استفاده از انرژی آزادشده از این پدیده دریافتند که می‌توان ربات‌های کوچک موسوم به «جامپرها» (jumpers) را به مسافت‌های زیادی نسبت به اندازه خودشان حرکت داد. آنها با الهام از نحوه پراکنده شدن هاگ‌های سرخس و پرتاب فواره‌ای مایع توسط «ماهی تیرانداز» (Archerfish) دریافتند که می‌توانند حباب‌های خود را به کمک لیزر و با گرم کردن ماده‌ای که نور را جذب می‌کند، تولید کنند.

این حباب‌ها آن قدر منبسط می‌شوند تا دیگر نتوانند انرژی بیشتری را در خود نگه دارند و سپس با سرعت فرو می‌ریزند. این فروپاشی، موجی از انرژی مکانیکی را آزاد می‌کند. پژوهشگران دریافتند که این انرژی به اندازه‌ای قدرتمند است که می‌تواند دستگاه‌های میلی‌متری را تا ۱/۵ متر در هوا پرتاب کند. همچنین، این ربات‌ها می‌توانند با سرعتی حدود ۱۲ متر بر ثانیه شنا کنند. دانشمندان توضیح دادند: حرکت شنا قابل کنترل است و امکان مسیریابی را در محیط‌های پیچیده و محدود مانند مارپیچ‌ها و کانال‌های ریزسیال‌ فراهم می‌کند.

«ریزسیال‌شناسی»(Microfluidics) به رفتار، کنترل دقیق و نگهداری سیالات حاوی سلول مرتبط است که به لحاظ هندسی به مقیاس کوچکی محدود شده‌اند. این علم، یک موضوع چند رشته‌ای است که با هدف طراحی سامانه‌های گوناگون با یکدیگر همکاری می‌کنند.

جایگزینی سوزن‌ تزریقاتی

پدیده حفره‌زایی معمولاً به عنوان پدیده‌ای مخرب در نظر گرفته می‌شود. پژوهشگران توانستند با کنترل دقیق عوامل گرمایش لیزری مانند شدت، زاویه و زمان‌بندی در این راستا، جهت پرتاب، ارتفاع و نیروی پرش را تعیین کنند. همچنین، آنها توانستند کنترل این موضوع را که آیا دستگاه باید در آب بپرد، سر بخورد یا شنا کند در دست بگیرند. این روش جدید می‌تواند برخی از حوزه‌ها مانند پزشکی را متحول کند و می‌توان از آن برای تزریق‌های پزشکی جدید و روش‌های دارورسانی استفاده کرد.

فناوری‌های کوچک پیشران‌ با حفره‌زایی می‌توانند به داخل پوست پرتاب و جایگزین سوزن‌های زیرپوستی شوند. همچنین، آنها می‌توانند داروها را دقیقاً در داخل بدن مانند محل دقیق تومور حرکت دهند. از آنجا که این سامانه از گرمایش با تحریک نور استفاده می‌کند، می‌توان آن را برای روش‌های تهاجمی با حداقل میزان سختی تنظیم کرد. این امر مهم است زیرا ریزربات‌های پیشین اغلب برای پیشروی به میدان‌های مغناطیسی یا سوخت‌های شیمیایی متکی بودند که کنترل آنها را در بدن دشوار می‌کند.

از سوی دیگر، حفره‌زایی یک سامانه پرتاب پرانرژی و قابل کنترل را فراهم می‌کند که نیازی به منبع تغذیه داخلی یا قطعات متحرک ندارد. این روش می‌تواند کاربردهای دیگری نیز برای اکتشافات جدید در محیط‌های محدود داشته باشد. جامپرها می‌توانند روی سطوح مرطوب یا ناهموار حرکت کنند و به کاوش در فضاهای تنگ یا غیر قابل دسترس مانند درون لوله‌ها، ماشین‌آلات یا سامانه‌های زیستی بپردازند.

راه طولانی در پیش است

این پژوهش می‌تواند کاربردهای جالبی را در مطالعات زیست‌پزشکی داشته باشد. این ربات‌های کوچک می‌توانند به عنوان ریزشناگران در محیط‌های مایع مانند خون یا مایع بین‌سلولی حرکت کنند. همچنین، این روش ممکن است در سلول‌درمانی یا جراحی که ابزارهای معمولی برای آن بسیار بزرگ یا کند هستند، کاربردهای جالبی را به همراه داشته باشد. این پژوهش هنوز در مرحله اثبات مفهوم است.

کنترل دقیق پدیده حفره‌زایی در بدن انسان بدون آسیب رساندن به بافت‌های مجاور، بسیار دشوار خواهد بود. چالش دیگر این فناوری، محدودیت عمق نفوذ لیزرها در بافت زیستی است. بنابراین، کاربردهای عملی نیاز به مهندسی هوشمندانه خواهند داشت. زیست‌سازگاری مواد مورد استفاده برای جامپرها باید پیش از این که برای اولین بار در حیوانات زنده آزمایش شوند، مورد بررسی قرار گیرند. پژوهشگران خاطرنشان کردند: مطالعه ما نشان می‌دهد که حفره‌زایی می‌تواند به عنوان یک فرآیند پرتاب کارآمد عمل کند.

این پژوهش در مجله Science منتشر شده است.