04 Δεκεμβρίου 2023 (Ειδήσεις Nanowerk) Η έννοια των μικρορομπότ έχει εξελιχθεί σημαντικά από τότε που ο φυσικός Richard Feynman οραματίστηκε για πρώτη φορά τις δυνατότητες των μικροσκοπικών μηχανών τη δεκαετία του 1950. Τα πρώτα πρωτότυπα μικρορομπότ, με τα άκαμπτα σώματά τους, αντιμετώπισαν σημαντικές προκλήσεις στην πλοήγηση σε πολύπλοκα βιολογικά και βιομηχανικά περιβάλλοντα χωρίς να προκαλούν ζημιές. Αυτό οδήγησε σε μια κομβική στροφή προς την ανάπτυξη μαλακών, παραμορφώσιμων μικρορομπότ χρησιμοποιώντας προσαρμοστικά υλικά που είναι πιο συμβατά με το περιβάλλον στόχο τους. Τα τελευταία χρόνια, ο τομέας της μαλακής μικρορομποτικής γνώρισε ταχεία καινοτομία, ιδιαίτερα στους τομείς που είναι γνωστοί ως «οι τρεις ακρογωνιαίοι λίθοι των μαλακών μικρορομπότ» – υλικά, κατασκευή και ενεργοποίηση. Αυτές οι εξελίξεις οδηγήθηκαν από τη διεπιστημονική συνεργασία στη μικρομηχανική, την επιστήμη των υλικών και τη ρομποτική, πλησιάζοντας πιο κοντά στην υλοποίηση του οράματος του Feynman. Ένα πρόσφατο άρθρο κριτικής στο Προηγμένα ευφυή συστήματα («Μια ανασκόπηση των μαλακών μικρορομπότ: Υλικό, Κατασκευή και
Κίνηση") εμβαθύνει στις τελευταίες εξελίξεις στη μαλακή μικρορομποτική, εστιάζοντας στη σύνθεση των υλικών, στις μεθόδους κατασκευής και στις τεχνικές ενεργοποίησης, που διαμορφώνουν συλλογικά τη λειτουργικότητα και την αποτελεσματικότητά τους. Τρεις ακρογωνιαίοι λίθοι (υλικό, κατασκευή και ενεργοποίηση), κατηγορίες και εφαρμογές μαλακών μικρορομπότ. (Ανατυπώθηκε με άδεια από την Wiley-VCH Verlag) (κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση)

Υλικά: The Foundation of Soft Microrobotics

Η ανακάλυψη στη μαλακή μικρορομποτική εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ανάπτυξη μαλακών βιοϋλικών που διαθέτουν ιδανικές ιδιότητες όπως βιοαποδομησιμότητα, συντονιζόμενη ελαστικότητα και ανταπόκριση σε περιβαλλοντικά ερεθίσματα όπως φως, θερμοκρασία ή χημικές ουσίες. Αυτά τα υλικά περιλαμβάνουν προηγμένα πολυμερή και υδρογέλες που μπορούν να αλλάξουν σχήμα ή συμπεριφορά ανάλογα με συγκεκριμένες συνθήκες, καθιστώντας τα ιδανικά για πολύπλοκες εργασίες σε ευαίσθητα περιβάλλοντα.

Τεχνικές Κατασκευής: Εξειδίκευση χειροτεχνίας

Οι πρόοδοι στις τεχνικές κατασκευής, όπως η λιθογραφία δύο φωτονίων, επέτρεψαν τη μετάβαση από τα επίπεδα μικρορομπότ μιας στρώσης σε πλήρως τρισδιάστατες κινητές δομές. Αυτές οι εξελιγμένες μέθοδοι κατασκευής έχουν διευκολύνει τη δημιουργία μικρορομπότ με περίπλοκα χαρακτηριστικά, συμπεριλαμβανομένων πορωδών εσωτερικών χώρων φορτίου για τη χορήγηση φαρμάκων, αρθρωτών άκρων για ακριβείς κινήσεις, ακόμη και ελικοειδείς προπέλες για κολύμβηση μέσω παχύρρευστων μέσων. Συχνά χρησιμοποιούμενη συνεγκατάσταση μεταξύ υλικών και μεθόδων κατασκευής. (Ανατυπώθηκε με άδεια από την Wiley-VCH Verlag)

Ενεργοποίηση και έλεγχος: Δίνοντας ζωή στα Microrobots

Η ενεργοποίηση και ο έλεγχος των μαλακών μικρορομπότ έχουν σημειώσει σημαντικές βελτιώσεις, με τεχνικές όπως τα περιστρεφόμενα μαγνητικά πεδία που επιτρέπουν την απομακρυσμένη διεύθυνση των συσκευών σε υγρά περιβάλλοντα που θυμίζουν κίνηση βακτηρίων. (Υδρογέλες με δυνατότητες ενεργοποίησης κοντά στο υπέρυθρο έχουν επίσης αναπτυχθεί, που επιτρέπουν τον ακριβή έλεγχο του σχήματος και της κίνησης των μικρορομπότ. Πολλά μαλακά βιοϋλικά που δημιουργήθηκαν πρόσφατα διαθέτουν πλέον ιδανικές ιδιότητες από βιοαποδομησιμότητα – αργή διάσπαση στο εσωτερικό των σωμάτων – έως ρυθμιζόμενη ελαστικότητα και συμπεριφορές διαμόρφωσης σχήματος που ανταποκρίνονται στο φως, τη θερμοκρασία ή τα χημικά ερεθίσματα. Η λιθογραφία δύο φωτονίων και άλλες μέθοδοι κατασκευής σε μικροκλίμακα διευκόλυναν επίσης τη μετάβαση από τα επίπεδα μικρορομπότ μιας στρώσης σε πλήρως τρισδιάστατες κινητές αρχιτεκτονικές με ασυνήθιστη πολυπλοκότητα, συμπεριλαμβανομένων πορωδών εσωτερικών χώρων φορτίου, αρθρωτών άκρων για τη σύλληψη αντικειμένων και ελικοειδείς έλικες στο «κολύμπι». μέσω παχύρρευστων μέσων. Η δημιουργία τέτοιων περίπλοκων κινητών μερών που βασίζονται σε πολυμερή επέκτεινε τις δυνατότητες των μαλακών μικρορομπότ εκθετικά διατηρώντας παράλληλα ένα μικροσκοπικό αποτύπωμα υποχιλιοστών. Αυτές οι εξελίξεις υλικού συνδυάζονται με βελτιωμένες τεχνικές εξωτερικής καθοδήγησης για τη μεταφορά, την επανατοποθέτηση και την παρακολούθηση μαλακών μικρορομπότ σε πραγματικό χρόνο. Τα περιστρεφόμενα μαγνητικά πεδία μπορούν πλέον να κατευθύνουν εξ αποστάσεως συσκευές κατά μήκος τροχιών που θυμίζουν βακτήρια μέσα σε πυκνά σωματικά υγρά και ιστούς. Τα ειδικά προσαρμοσμένα υδρογέλες υφίστανται «ενεργοποίηση κοντά στο υπέρυθρο», συρρίκνωση ή τέντωμα όπως επιθυμείτε όταν λούζονται σε συγκεκριμένα μήκη κύματος υπέρυθρων. Με τις τεχνολογίες μαλακών μικρορομπότ που ωριμάζουν σε πολλαπλά μέτωπα, οι ερευνητές αποδείχθηκαν εξαιρετικά ικανοί στο συντονισμό της λειτουργίας τους για την επίλυση σύνθετων προβλημάτων. Οι βιοαποικοδομήσιμες μικρομηχανές που φορτώνονται με φάρμακα μπορούν πλέον να στοχεύουν άρρωστους ιστούς, πριν απελευθερώσουν θεραπευτικά ωφέλιμα φορτία και διαλυθούν με ασφάλεια. Άλλες ομάδες συνέδεσαν επιλεκτικά βακτήρια σε μικροσφαιρίδια δημιουργώντας βιοϋβριδικά συστήματα που αξιοποιούν τόσο τα συνθετικά όσο και τα οργανικά συστατικά που λειτουργούν από κοινού. Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν τα πάντα, από τη μικροσυναρμολόγηση ηλεκτρονικών εξαρτημάτων μέχρι την απόξεση μολυσματικών ουσιών από παλαιωμένα αντικείμενα αξίας. Ωστόσο, μερικές από τις πιο συναρπαστικές επιδείξεις περιλαμβάνουν οραματιστικές ιατρικές παρεμβάσεις. Για παράδειγμα, επιστήμονας δημιούργησε συνθετικά μικρορομπότ με βάση τα μικροφύκη που διεισδύουν βαθιά στον μολυσμένο πνευμονικό ιστό κουνελιού ενώ απελευθερώνουν σταθερά αντιβιοτικά προσαρμοσμένα έναντι επιβλαβών βακτηρίων που ανιχνεύονται μέσω των ενσωματωμένων πεπτιδικών υποδοχέων. Μέσα σε μια ώρα, πάνω από το 90% της λοίμωξης εξαλείφθηκε έναντι λιγότερο από 50% για τα άμεσα ενέσιμα αντιβακτηριακά φάρμακα. Προσαρμόζοντας τους ρυθμούς χορήγησης φαρμάκων και ευνοώντας την αυτοτροφοδοτούμενη διείσδυση μέσω ευαίσθητων μεμβρανών που χωρίζουν τους αεραγωγούς, κατέστη δυνατή η απίστευτα αποτελεσματική θεραπεία της πνευμονίας. Τα αποτελέσματα υπόσχονται να ανατρέψουν την παγκόσμια κορυφαία λοιμώδη αιτία θανάτου. Άλλες έρευνες διαμόρφωσαν μικρορομπότ σε κυτταρικά μικροεργαλεία για να βοηθήσουν ενεργά την αναπαραγωγή του σπέρματος, πιάνοντας μεμονωμένα κύτταρα με εντυπωσιακή ακρίβεια πριν τα απελευθερώσουν. Πρόσθετα έργα εξερευνούν αυτοτροφοδοτούμενους περιβαλλοντικούς αποκαταστάτες που έχουν ως αποστολή τον εντοπισμό και την εξουδετέρωση των τοξινών. Μια μελέτη δημιούργησε μαλακά μικρορομπότ με ενσωματωμένα νανοσωματίδια σιδήρου ικανά να υποβαθμίζουν τους ισχυρούς ρύπους του νερού σε αβλαβή υποπροϊόντα όταν εκτίθενται στο ορατό φως. Το μικρό μέγεθος των μηχανημάτων σε μικρογραφία τους επιτρέπει να διαπερνούν περιοχές εδάφους απρόσιτες για μεγαλύτερες συσκευές. Οι ειδικοί προτείνουν ότι το πεδίο πλησιάζει σε ένα οριακό σημείο όπου τα ζωντανά εργαστήρια θα αποφοιτήσουν σύντομα από μικρορομπότ σε ρυθμιζόμενους αγωγούς δοκιμών - πρώτα σε ζώα και αργότερα ενδεχομένως σε εθελοντές ανθρώπους. Αν και αρχικά προοριζόταν για βραχυπρόθεσμες διαγνωστικές ή θεραπευτικές εφαρμογές, η πρόοδος μπορεί μια μέρα να παράγει πολυλειτουργικά μαλακά μηχανήματα ικανά να παρακολουθούν στενά τους βιοδείκτες και να διεγείρουν τις διαδικασίες επούλωσης για εβδομάδες ή περισσότερο. Πιο κάτω, βελτιστοποιημένα μαλακά μικρορομπότ θα μπορούσαν να συντονίσουν πολύπλοκες κυτταρικές μικροχειρουργικές επεμβάσεις ή να εκτελέσουν περιττές εργασίες σε σμήνη ως βιοαποδομήσιμα εργαλεία που συνθέτουν νέους ιστούς ή φιλτράρουν περιβαλλοντικούς βιολογικούς κινδύνους. Σε μια νέα προσέγγιση, ζωντανοί οργανισμοί όπως τα σπερματοζωάρια, τα ερυθρά αιμοσφαίρια, τα βακτήρια και τα ουδετερόφιλα έχουν ενσωματωθεί σε μαλακά μικρορομπότ. Αυτά τα βιουβριδικά μικρορομπότ συνδυάζουν τη φυσική ικανότητα αίσθησης και προώθησης των ζωντανών οργανισμών με τον έλεγχο και τη λειτουργικότητα που παρέχουν τα τεχνητά εξαρτήματα. Αυτή η ενσωμάτωση έχει αποδειχθεί αποτελεσματική για εργασίες όπως η στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων και η πλοήγηση σε πολύπλοκα βιολογικά περιβάλλοντα. Τα μαλακά μικρορομπότ αντιπροσωπεύουν ένα σημαντικό άλμα προς τα εμπρός τόσο σε ιατρικές όσο και σε περιβαλλοντικές εφαρμογές. Στην ιατρική, υπόσχονται πιο εντοπισμένες και λιγότερο επεμβατικές διαδικασίες, όπως στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων, μεταμόσχευση κυττάρων, μη επεμβατική χειρουργική επέμβαση και διαγνωστικές διαδικασίες. Στον τομέα του περιβάλλοντος, προσφέρουν καινοτόμες λύσεις αποκατάστασης και παρακολούθησης. Ωστόσο, καθώς οι εφαρμογές γίνονται όλο και πιο περίπλοκες, οι συζητήσεις παραμένουν ανοιχτές σε πολλά μέτωπα – ιδιαίτερα τυποποιώντας τις απαιτήσεις ασφάλειας καθώς η ρομποτική μικροκλίμακα μεταβαίνει πιο στενά στην υγειονομική περίθαλψη και στα εμπορικά περιβάλλοντα. Οι ερευνητές συνεχίζουν να αναπτύσσουν όλο και πιο πολύπλευρη και αυτόνομη λειτουργικότητα, ενώ παράλληλα διασφαλίζουν προληπτικά τις δοκιμές που καθοδηγούν τα ηθικά πρωτόκολλα. Εάν είναι επιτυχής, η μαλακή μικρορομποτική υπόσχεται να ξεκλειδώσει νέες δυνατότητες σε σχεδόν κάθε τεχνική πειθαρχία.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://www.nanowerk.com/news2/robotics/newsid=64166.php