Микроскопический робот может грести даже одной рукой

Из двух крошечных магнитов собрали однорукого плавающего микроробота, которым можно управлять при помощи магнитного поля. Робот плавает на основе эффекта поступательного движения, который наблюдается у связанных магнитным полем микрочастиц. Механизм движения и управления подобного микроробота описан в журнале Soft Matter.

Размер нового микроробота — несколько микрон (одна тысячная доля метра). Он представляет собой две помещенные в жидкость магнитные частицы разного размера, вокруг которых с помощью электромагнитов ученые создали магнитное поле. Под его действием частицы соединились вместе и стали действовать как единый механизм, напоминающий однорукого пловца. Управляя магнитным полем, исследователи научились направлять «пловца» в нужную сторону.

Робот состоит из двух частей: «тела» – сферы диаметром около 2 микрометров и «руки» – сферы диаметром 1 микрометр. Такой «пловец», помещенный во вращающееся магнитное поле, может плыть в заданном направлении. «Рука» под действием поля начинает вращаться, при этом «тело» взаимодействует и с полем, и с «рукой». В результате получается поступательное движение – «рука» толкает «тело» и такими маленькими толчками «пловец» перемещается – примерно так плыл бы человек с одной рукой.

© Biswal Lab

Никакой связи, кроме магнитной, между частицами нет. Чтобы описать такую систему, авторы используют термин «виртуальные шарниры» – они «связывают» две частицы между собой словно сустав. У «пловца» с одним «суставом» одна степень свободы. Если добавить к системе еще несколько маленьких частиц, получается «пловец» с несколькими степенями свободы, то есть с несколькими «суставами руки» (аналог человеческих плечевого, локтевого и кистевого сустава). Такие «пловцы» в зависимости от других параметров (вязкости жидкости, её состава и т.д.) могут плыть быстрее или медленнее систем с одной степенью свободы.

© Biswal Lab

Ученые считают, что в будущем такие системы смогут использоваться для доставки лекарств к нужному месту в организме. К «телу» механизма можно будет прикрепить лекарственные вещества и с помощью внешнего магнитного поля направить «пловца» к нужной цели.