Raziskovalci z Univerze Cornell so ustvarili novo vrsto magnetno nadzorovanih mikroskopskih robotov (mikrobotov), ki delujejo na meji difrakcije vidne svetlobe. Ti difraktivni roboti lahko med gibanjem neodvisno upravljajo z valovi vidne svetlobe, kar jim omogoča premikanje na določene lokacije za snemanje slik in merjenje sil na ravni najmanjših struktur v telesu.
Difraktivna robotika prvič združuje robotske sisteme brez fizičnih povezav s tehnikami slikanja, ki temeljijo na difrakciji vidne svetlobe — uklanjanju svetlobnega vala, ko prehaja skozi odprtino ali obide predmet.
Nova tehnološka raven
Za izvedbo slikanja je potrebna odprtina, katere velikost je primerljiva z valovno dolžino svetlobe. Za takšno optiko morajo biti roboti izjemno majhni in sposobni samostojnega gibanja, da dosežejo cilje za zajem slik.
Roboti, ki jih nadzorujejo magnetna polja z gibom, podobnim stiskanju, lahko napredujejo po trdni površini kot »inch-worm« (gosenica) ali pa plavajo skozi tekočine z istim gibom.
Kombinacija manevriranja, prilagodljivosti in subdifraktivne optične tehnologije predstavlja pomemben napredek na področju robotike.
Napredna uporaba svetlobe
»Hodeči robot, ki je dovolj majhen, da lahko upravlja svetlobo, dejansko postavi lečo mikroskopa neposredno v mikro svet,« je povedal profesor Paul McEuen z Univerze Cornell. »Lahko izvaja slikanje od blizu na načine, ki jih navadni mikroskop ne zmore.«
Ti roboti merijo med 2 in 5 mikroni. »So izjemno majhni in jih lahko programiramo, da izvedejo katerokoli nalogo z nadzorom magnetnih polj,« je dodal profesor McEuen.
Dr. Francesco Monticone je izrazil navdušenje nad združevanjem mikrorobotike in mikrooptike. »Miniaturizacija robotike je končno dosegla točko, ko lahko ti mehanski sistemi upravljajo in aktivno oblikujejo svetlobo na skali nekaj valovnih dolžin.«
Magnetni nadzor
Za magnetno upravljanje robotov te velikosti so raziskovalci oblikovali robote z na stotine magnetov na nanometrski ravni, ki imajo različne oblike — dolge in tanke ali kratke in široke.
»Dolgi in tanki magneti potrebujejo večje magnetno polje za spremembo orientacije, kratki in široki pa manjšega,« je pojasnil profesor Itai Cohen. »To omogoča precizno manipulacijo robotov z magnetnimi polji.«
Z združevanjem tega načela in tankih filmov so ustvarili robote, ki lahko upravljajo difrakcijske elemente za izboljšanje slikanja.
Možnosti uporabe
Robot sam lahko deluje kot difrakcijska rešetka ali pa se mu doda difrakcijska leča, kar omogoča lokalno razširitev leče mikroskopa. Roboti merijo sile z uporabo istega stiskalnega gibanja, ki jim omogoča hojo, da pritisnejo na strukture. »Ti roboti so zelo prilagodljive vzmeti, ki spreminjajo difrakcijski vzorec ob stiku s strukturami,« je dejal profesor Cohen.
Sposobnosti merjenja sil in optičnih funkcij se lahko uporabijo v osnovnih raziskavah, na primer pri preučevanju strukture DNK, ali v kliničnih okoljih.
»V prihodnosti si predstavljam roje difraktivnih mikrobotov, ki izvajajo superresolucijsko mikroskopijo in druge naloge zaznavanja, medtem ko se premikajo po površini vzorca,« je zaključil profesor Monticone.
Novinar
