Νανορομπότ που κινούνται με φωτόνια μπορούν να κατευθύνονται, να συλλαμβάνουν και να μετακινούν βακτήρια με μεγάλη ακρίβεια επιτρέποντας ελεγχόμενη παρέμβαση σε μικροσκοπικά περιβάλλοντα και προσφέροντας νέα εργαλεία για τη μικροβιολογία.
Μικροσκοπικά ρομπότ, περίπου 50 φορές μικρότερα από τη διάμετρο μιας ανθρώπινης τρίχας, ανοίγουν νέες δυνατότητες για εργασία σε εξαιρετικά μικρές κλίμακες. Επιτρέπουν στους επιστήμονες να χειρίζονται αντικείμενα με ακρίβεια που ξεπερνά κατά πολύ τις δυνατότητες των ανθρώπινων χεριών φέρνοντας πιο κοντά τον στόχο της άμεσης αλληλεπίδρασης με τον μικροσκοπικό κόσμο.
Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για βιολογικά υλικά σε υγρά περιβάλλοντα όπως μεμονωμένα κύτταρα ή βακτήρια. Ο ακριβής έλεγχος αυτών των πολύ μικρών αντικειμένων αποτελούσε μέχρι τώρα μεγάλη πρόκληση όμως τα νέα νανορομπότ δείχνουν ότι εργασίες όπως η συλλογή και μεταφορά βακτηρίων μπορούν πλέον να πραγματοποιηθούν.
Το επίτευγμα
Ένα από τα μεγαλύτερα εμπόδια είναι το πώς θα τροφοδοτηθούν και θα κατευθυνθούν μηχανές σε τόσο μικρή κλίμακα. Στο Πανεπιστήμιο Julius-Maximilians του Βύρτσμπουργκ στη Γερμανία μια ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Μπερτ Χεκτ ανέπτυξε μια λύση που χρησιμοποιεί την ανάκρουση μεμονωμένων φωτονίων για να κινεί συσκευές μικρομετρικού μεγέθους γνωστά ως microdrones.
Οι συσκευές αυτές περιέχουν έως και τέσσερις πλασμονικές νανοκεραίες που απορροφούν φως με συγκεκριμένες ιδιότητες και στη συνέχεια το εκπέμπουν κατευθυνόμενα. Κάθε εκπεμπόμενο φωτόνιο δημιουργεί μια πολύ μικρή δύναμη ανάκρουσης παρόμοια σε αρχή με την ανάκρουση ενός πυροβολισμού. Επειδή τα microdrones έχουν εξαιρετικά μικρή μάζα ακόμη και αυτές οι μικρές δυνάμεις μπορούν να δημιουργήσουν υψηλές ταχύτητες και γρήγορη επιτάχυνση
Η τροποποίηση
Στη νέα αυτή έρευνα οι επιστήμονες μείωσαν περαιτέρω το μέγεθος των ρομπότ σε λιγότερο από ένα μικρόμετρο. Μια σημαντική πρόοδος ήταν η απλοποίηση του τρόπου κατεύθυνσης διατηρώντας παράλληλα την πρόωση μέσω φωτονίων.
Η ομάδα αξιοποιεί το γεγονός ότι τα νανοσύρματα των κεραιών μέσα στο ρομπότ ευθυγραμμίζονται φυσικά με την πόλωση του εισερχόμενου φωτός. Με τη ρύθμιση αυτής της πόλωσης μπορούν να ελέγχουν τον προσανατολισμό του ρομπότ ενώ η κίνησή του συνεχίζει να βασίζεται στην ανάκρουση των φωτονίων παρόμοια με τον τρόπο που κατευθύνονται μεγαλύτερα οχήματα.
Στην ουσία, οι ερευνητές κατασκεύασαν ένα νανορομπότ που κινείται με φως και μπορεί να εντοπίζει και να συλλέγει βακτήρια. Με την απλοποίηση του σχεδιασμού πέτυχαν ένα μέγεθος στο οποίο αυτά τα ρομπότ μπορούν να λειτουργούν απευθείας στον μικροβιακό κόσμο σχεδόν σαν μικροσκοπικές συσκευές καθαρισμού.
Οι επιδόσεις
Τα νανορομπότ είναι ιδιαίτερα ευέλικτα. Μπορούν να εκτελούν πολύ γρήγορες στροφές 90 μοιρών, γεγονός που τους επιτρέπει να εξερευνούν μεγάλες επιφάνειες δειγμάτων με συστηματικό και αποτελεσματικό τρόπο. Επιπλέον μπορούν να συλλαμβάνουν επιλεκτικά να μεταφέρουν και να απελευθερώνουν σημαντικό αριθμό βακτηρίων.
Αυτή η ικανότητα τους επιτρέπει να «καθαρίζουν» μικροσκοπικά περιβάλλοντα σε ελεγχόμενες εργαστηριακές συνθήκες, συλλέγοντας βακτήρια και τοποθετώντας τα σε συγκεκριμένα σημεία.
Η εξέλιξη αυτή αποτελεί εντυπωσιακό παράδειγμα του πώς το φως μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για την παρατήρηση του μικροσκοπικού κόσμου αλλά και για την ενεργή διαμόρφωσή του. Παρόλο που η ιδέα μικροσκοπικών ρομποτικών «καθαριστών» ακούγεται φουτουριστική, οι επιστήμονες ήδη αποδεικνύουν τις φυσικές αρχές που την καθιστούν εφικτή.
Ακόμη και όταν μεταφέρουν μεγαλύτερες ομάδες βακτηρίων, τα νανορομπότ παραμένουν πλήρως ελεγχόμενα, αν και κινούνται λίγο πιο αργά. Αυτή η ανθεκτικότητα αναδεικνύει τις δυνατότητές τους για μελλοντική χρήση στη μικροβιολογία, τη βιοϊατρική έρευνα και τον ακριβή χειρισμό σε πολύ μικρές κλίμακες.
