نانورباتهای نوری؛ گامی تازه برای کنترل جهان میکروسکوپی
نانورباتهای نوری به دانشمندان امکان دادهاند به دنیایی نزدیک شوند که پیش از این کنترل مستقیم آن بسیار دشوار بود. پژوهشگران رباتهای بسیار کوچکی ساختهاند که با نور حرکت میکنند، در میان مایعات جابهجا میشوند و میتوانند باکتریها را شناسایی، جمعآوری و به مکان مشخصی منتقل کنند.
این رباتهای میکروسکوپی حدود ۵۰ برابر کوچکتر از قطر یک تار موی انسان هستند و میتوانند در آینده ابزارهای جدیدی برای مطالعه سلولها، میکروبها و حتی کاربردهای پزشکی فراهم کنند.
این پژوهش توسط تیمی از دانشگاه یولیوس ماکسیمیلیان وورتسبورگ (Julius-Maximilians-Universität Würzburg) به سرپرستی پروفسور برت هشت انجام شده و نتایج آن در مجله علمی Nature Communications منتشر شده است.
نانورباتهای نوری چگونه با کمک نور حرکت میکنند؟
یکی از بزرگترین چالشها در ساخت رباتهای بسیار کوچک، پیدا کردن روشی برای حرکت دادن و کنترل دقیق آنهاست. در مقیاسهای بسیار کوچک، نیروهایی که در زندگی روزمره اهمیت چندانی ندارند، میتوانند نقش بزرگی ایفا کنند.
پژوهشگران دانشگاه وورتسبورگ برای حل این مشکل از نیروی حاصل از برخورد فوتونها استفاده کردند. فوتونها ذرات تشکیلدهنده نور هستند و هنگام تغییر مسیر، نیروی بسیار کوچکی ایجاد میکنند. اگرچه این نیرو برای اجسام معمولی بسیار ناچیز است، اما برای رباتهایی با ابعاد کمتر از یک میکرومتر میتواند باعث حرکت قابل توجه شود.
این رباتها دارای آنتنهای نانویی پلاسمونیک هستند که نور را با رنگ و ویژگی مشخص جذب کرده و دوباره در جهتی خاص منتشر میکنند. تغییر مسیر نور باعث ایجاد نیرویی شبیه نیروی پسزدگی هنگام شلیک گلوله میشود و ربات کوچک را به جلو حرکت میدهد.
نانورباتهای نوری؛ طراحی سادهتر برای ساخت رباتهای کوچکتر
در نسخههای جدید، دانشمندان اندازه این رباتهای نوری را بیش از پیش کاهش دادهاند. کوچکتر شدن رباتها نیازمند سادهسازی سیستم هدایت آنها بود تا همچنان بتوانند حرکت دقیق داشته باشند.
محققان از سیمهای آنتنی در مقیاس نانو استفاده کردند که به طور طبیعی با جهت قطبش نور هماهنگ میشوند. با تغییر قطبش نور، دانشمندان میتوانند جهت حرکت ربات را کنترل کنند.
به این ترتیب، نور همزمان دو نقش مهم دارد: انرژی لازم برای حرکت را فراهم میکند و مسیر حرکت ربات را تغییر میدهد. این عملکرد شباهت زیادی به سیستم هدایت وسایل نقلیه بزرگتر دارد، اما در مقیاسی میلیونها برابر کوچکتر.
نانورباتهای نوری؛ رباتهایی شبیه پاککنندههای میکروسکوپی
یکی از مهمترین ویژگیهای نانورباتهای نوری توانایی آنها در جمعآوری و انتقال باکتریهاست. این رباتها میتوانند در محیطهای مایع حرکت کنند، مناطق مختلف را بررسی کنند و تعداد زیادی باکتری را به صورت انتخابی جذب و جابهجا کنند.
جین کین، پژوهشگر اصلی این مطالعه، توضیح میدهد که تیم تحقیقاتی با سادهسازی طراحی، به اندازهای رسیده است که رباتها میتوانند مستقیماً در جهان میکروبی فعالیت کنند؛ مانند پاککنندههایی بسیار کوچک در مقیاس سلولی.
این رباتها همچنین قابلیت مانور بالایی دارند و میتوانند چرخشهای سریع ۹۰ درجه انجام دهند. چنین تواناییای به آنها اجازه میدهد نمونههای میکروسکوپی را با سرعت و نظم بیشتری بررسی کنند.
کاربردهای آینده نانورباتهای نوری در پزشکی و زیستشناسی
اگرچه این فناوری هنوز در مراحل پژوهشی قرار دارد، اما توانایی کنترل دقیق مواد زیستی در مقیاس میکروسکوپی میتواند فرصتهای جدیدی ایجاد کند.
دانشمندان امیدوارند در آینده از چنین رباتهایی برای مطالعه بهتر سلولها، بررسی رفتار میکروبها، دستکاری مواد زیستی و توسعه روشهای دقیقتر در تحقیقات پزشکی استفاده شود.
توانایی جابهجایی باکتریها و کنترل آنها در محیطهای کوچک میتواند به پژوهشگران کمک کند تا تعامل میان میکروارگانیسمها و محیط اطرافشان را بهتر بررسی کنند.
نانورباتهای نوری؛ آینده رباتهای کوچکتر از تار مو
ساخت نانورباتهای نوری نشان میدهد که فناوری رباتیک دیگر محدود به ماشینهای قابل مشاهده نیست و میتواند وارد دنیای سلولها و مولکولها شود.
این رباتهای کوچک هنوز برای استفاده گسترده در محیطهای واقعی آماده نیستند و تحقیقات بیشتری برای بررسی عملکرد، ایمنی و کاربردهای عملی آنها لازم است. با این حال، توانایی حرکت، هدایت و جابهجایی موجودات میکروسکوپی نشان میدهد که انسان به مرحله تازهای از کنترل جهان کوچک اطراف خود نزدیک شده است.
به گفته پژوهشگران، این فناوری نمونهای از استفاده از نور نه فقط برای مشاهده دنیای میکروسکوپی، بلکه برای تغییر و شکلدهی فعال آن است.
