TEMABROJA

Mikrorobotika

Robotičke mikro školjke

Plivaju kroz očne jabučice

Projektovanje robota mikro i nano dimenzija (dovoljno sitnih da mogu da se kreću unutar ljudskog tela) bazira se na jednostavnosti. Tu prosto nema mesta za složene motore i radne sisteme. Jedva da ima prostora za ma kakvu elektroniku, da ne pominjemo baterije, tako da ovi roboti, koji mogu da plivaju unutar krvotoka ili u očnim jabučicama, često pokreću magnetna polja. Međutim, magnetna polja se formiraju oko svega i svačega što je slu čajno namagnetisano; stoga su, u principu, najbolja za kontrolisanje samo jednog jedinog mikrorobota u isto vreme. U idealnim uslovima, moguće su ekipe mikrorobota koji mogu samostalno da plivaju. Robotičke mikroškoljke, najavljene u časopisu Nature Communications, mogle bi da budu pravi odgovor. Kada je reč o kretanju robotičkih mikroplivača, pre svega je važno razumevanje načina na koji tečnosti (naročito biološke tečnosti) funkcionišu. Krv se ne ponaša kao voda pošto predstavlja ono što se naziva neNjutonskom tečnošću. To znači da se krv druga čije ponaša (menja viskozitet, postaje gušća ili tanja) u zavisnosti od toga koliko se sile na nju primenjuje. Klasičan primer neNjutonske tečnosti je ublek (oobleck), koji se može napraviti mešanjem jednog dela vode sa dva dela kukuruznog skroba. Ublek se pona ša kao tečnost sve dok ga ne izložite sili (recimo tako što ćete ga brzo pritiskati rukom), kada njegov viskozitet raste sve dok u jednom trenutku ne postane gotovo čvrsta masa. Ove neNjutonske tečnosti čine većinu tečne materije koja se nalazi u našem telu (krv, tečnost u zglobovima, očne jabučice, itd.), i mada nam se može učiniti da bi kroz njih bilo teže plivati, za robote to u stvari predstavlja prednost. A evo i zašto... Pokretači veoma malih robota uglavnom su zasnovani na jednostavnim principima kretanja. To znači da se kretanje odvija naprednazad, za razliku kružnog kretanja kod tradicionalnih motora. U vodi (ili ma kom drugoj Njutonskoj tečnosti), teško je s takvim pokretačem dobiti robota koji jednostavno pliva, zato što pokreti naprednazad primenjuju istu količinu sile u oba pravca, a robot se kre će malo napred malo nazad, uvek iznova. Biološki mikroorganizmi po pravilu ne koriste takvu vrstu kretanja da bi se probijali kroz tečnost, upravo iz tog razloga. Umesto toga oni se oslanjaju na nepravilne pokrete bičeva i sićušnih treplji. Međutim, ako imamo posla sa neNjutonskom tečnošću, ovo pravilo (to je u stvari teorema poznata kao Scallop teorema) više nije primenljivo, što znači da bi trebalo da je moguće da se za kretanje kroz takvo okruženje koristi pokretač koji radi na principu naprednazad. Istra živači predvođeni profesorom Peer Fischerom (Maks Plank instituta za inteligentne sisteme iz Nemačke), došli su do odgovora kako i u kojoj primerenoj koli čini. Reč je o mikroskopskom robotu zasnovanom na obliku školjke. Kao što je rečeno, takvi roboti su sjajni plivači. Ovu specifičnu verziju pokreće eksterno magnetno polje koje, međutim, predstavlja samo izvor enegije i ne pomera robota kroz okruženje, kao što to biva sa ostalim mikrorobotima. Takođe, postoji niz drugih vrsta pokretača koji bi mogli biti upotrebljeni, kao na primer piezoelekricitet, bimetalne trake, specifične legure ili polimeri koje pokreću svetlost ili toplota. Mnoga rešenja koja teže optimizaciji mogu takođe biti realizovana i doprineti da se školjkasti mikroroboti optimalno kreću i da na najbolji način koriste morfologiju svoje površine.

Roboti kao biološki organizmi

Istraživači kažu da mikro-školjke u većoj meri predstavljaju „opšti pristup“ nego što su namenjeni nekom specifičnom zadatku. Bilo bi zanimljivo videti kao se ova zamisao dalje razvija, u nadi da to vodi upotrebi u medicinske svrhe što bi omogućilo da u svom organizmu ciljano popravljamo sve što bi ikada moglo da se „pokvari“. Izrada malih robota koji vrše funkcije unutar ljudskog tela je na pragu - potrebno je još samo da budu mekani kao biološka tkiva. Rešavanjem ovog problema bave se dva naučnika: Antonio de Simone iz Međunarodne škole za napredne studije u Trstu (SISSA) i Marino Arojo sa Politehničkog univerziteta Katalonije. Inspirisani jednoćelijskim vodenim mikroorganizmima, njih dvojica su proučavali kretanje tzv. „mekih robota“. Obojica smatraju da za zupčanike, poluge i klipove u minijaturnim robotima budućnosti neće biti mesta. „Kada pomislim na robote sutrašnjice, pre mi padaju na pamet pipci oktopoda i surla slona nego kranovi i mehanizam sata. A kada razmišljam o mikro-robotima, prvo mi na pamet padnu jednoćelijski vodeni mikroorganizmi“, kaže de Simone. Cilj ova dva stručnjaka je da saznanja iz mikrobiologije prenesu na polje robotike. Mikro-roboti mogu vršiti niz važnih funkcija za ljudsko zdravlje: mogu ubrizgavati lekove tamo gde je to potrebno, ponovo otvarati zatvorene krvne sudove ili zatvarati otvorene rane. „Ako koristimo poluge i zupčanike pri smanjivanju uređaja, za tako nešto postoji granica. Ali, ako imitiramo biološke organizme, naši uređaji mogu biti smanjeni do veličine jedne ćelije, i to je glavni pravac našeg istraživanja“, zaključuje de Simone.

 Mikroroboti uklanjaju CO2 iz mora Zbog neodmerenog korišćenja fosilnih goriva, povećan je nivo štetnih gasova u atmosferi. Najviše ima ugljen-dioksida (CO2), što znači da ga sve više ima i u okeanima. Zbog velike količine CO2 u moru, voda je postala kiselija, a to šteti školjkama, čije se ljušture otapaju. Naučnici smatraju da je acidifikacija okeana pokrenula jedno od najvećih masovnih izumiranja vrsta u istoriji Zemlje. Stručnjaci iz Laboratorija za nanobioelektroniku Univerziteta Kalifornija, San Dieg, SAD, veruju da se okeanima može pomoći malim mikrobotima koji se kreću kroz vodu, uklanjajući 88 % ugljen-dioksida iz vode i pretvarajući ga u kalcijum-karbonat, osnovni gradivni materijal od kojeg su napravljene školjke. Pomenuti mikroboti se kreću pomoću uređaja koji reaguje na niskim nivoima vodonikperoksida dodatog u vodu. Kada robot dođe u kontakt s česticama vodonik-peroksida, kreće se kroz vodu zarobljavajući ugljenik i pretvara ga u čvrstu materiju. „U budućnosti bismo mogli koristiti te mikromotore kao deo aparata za prečišćavanja vode”, navodi stručnjaci verujući da je moguće proizvesti i mikromotore koji se pokreću vodom umesto vodonik-peroksidom, što bi proces moglo učiniti više ekološkim.

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"