ربات‌های میکروسکوپی هوشمند با اندازه‌ی تنها ۲ میکرون، در حال تعریف دوباره‌ی مرزهای ممکن در علم و فناوری هستند. این ماشین‌های پیشگام، با ترکیب پراش نور و قابلیت حرکت، تحولی در تصویربرداری، پزشکی و علم مواد ایجاد کرده‌اند.
ربات‌های کوچک، تعریف دوباره‌ی امکانات
ربات‌های میکروسکوپی که با نام میکروبات‌ها نیز شناخته می‌شوند، در حال تغییر چشم‌انداز علمی هستند. با اندازه‌ی تنها ۲ تا ۵ میکرون – کوچکتر از یک گلبول قرمز خون – این شگفتی‌های کوچک، به نقطه عطفی در رباتیک و اپتیک دست یافته‌اند. این ربات‌ها که توسط محققان دانشگاه کرنل توسعه داده شده‌اند، فقط کوچک نیستند؛ بلکه انقلابی هستند. با ترکیب اپتیک پراش (diffractive optics) با حرکت پویا، آن‌ها راه را برای کاربردهایی هموار می‌کنند که زمانی قلمرو علمی-تخیلی محسوب می‌شدند.
چه چیزی آن‌ها را خاص می‌کند؟
دستاورد این ربات‌ها در توانایی منحصر به فرد آن‌ها در تعامل با امواج نور مرئی و در عین حال حفظ حرکت مستقل نهفته است. این قابلیت دوگانه چیزی است که حوزه‌ی نوظهور «رباتیک پراش» (diffractive robotics) را تعریف می‌کند. با دستکاری میدان‌های نوری با سطح شگفت‌انگیزی از دقت، این ربات‌ها می‌توانند:
- تصویربرداری با وضوح بالا انجام دهند.
- اپتیک قابل تنظیم را فعال کنند.
- سنجش نیرو را در مقیاس‌های میکروسکوپی فراهم کنند.
این قابلیت‌ها توسط فناوری‌های نوآورانه‌ای که بر چالش‌های کوچک‌سازی غلبه می‌کنند، امکان‌پذیر شده‌اند.
اجزای سازنده‌ی رباتیک پراش
ساخت ربات‌هایی به این کوچکی نیازمند پیشرفت‌های پیشرفته در طراحی و علم مواد است. دو نوآوری کلیدی، پایه و اساس این ربات‌ها را تشکیل می‌دهند:
- اطلاعات مغناطیسی رمزگذاری شده: یک پروتکل برای جاسازی برنامه‌نویسی مغناطیسی در ربات‌ها، امکان کنترل دقیق حرکات آن‌ها را فراهم می‌کند.
- رسوب لایه اتمی (Atomic Layer Deposition : ALD): این تکنیک امکان ایجاد لولاهای فوق‌العاده نازک و انعطاف‌پذیر با ضخامت تنها ۵ نانومتر را فراهم می‌کند. این لولاها به عنوان بافت‌های همبند عمل می‌کنند و دوام و سازگاری با ساخت نیمه‌هادی‌ها را فراهم می‌کنند.
ترکیب این فناوری‌ها، ربات‌ها را قادر می‌سازد تا با چابکی قابل توجهی حرکت کنند. حرکات آن‌ها توسط میدان‌های مغناطیسی کنترل می‌شود و به آن‌ها اجازه می‌دهد تا به جلو حرکت کنند، در مایعات شنا کنند یا از سطوح جامد عبور کنند.
دوره‌ی جدیدی در تصویربرداری با دقت بالا
یکی از هیجان‌انگیزترین پیامدهای این ربات‌ها، پتانسیل آن‌ها در تصویربرداری است. به گفته‌ی پائول مک‌یوئن، استاد بازنشسته‌ی علوم فیزیکی در دانشگاه کرنل، این ربات‌ها اساساً لنز میکروسکوپ را مستقیماً در دنیای میکروسکوپی قرار می‌دهند. این قابلیت امکان موارد زیر را فراهم می‌کند:
- تصویربرداری از نزدیک از ساختارهای زیستی.
- دستکاری دقیق نور در مقیاس نانو.
- اندازه‌گیری نیروی پیشرفته در محیط‌های حساس.
با تعامل با امواج نوری که از نظر اندازه با ابعاد خودشان قابل مقایسه هستند، این ربات‌ها می‌توانند به وضوح تصویربرداری دست یابند که از قابلیت‌های میکروسکوپ‌های سنتی فراتر می‌رود.
کاربردها در رشته‌های مختلف
کاربردهای بالقوه برای رباتیک پراش به همان اندازه که تأثیرگذار هستند، متنوع نیز هستند:
- پزشکی: این ربات‌ها می‌توانند برای تصویربرداری از ساختارهای سلولی یا اندازه‌گیری نیروها در نمونه‌های بیولوژیکی، در بافت‌ها حرکت کنند و انقلابی در تشخیص و روش‌های جراحی ایجاد کنند.
- علم مواد: توانایی آن‌ها در دستکاری میدان‌های نوری می‌تواند منجر به پیشرفت‌هایی در تولید دقیق و تجزیه و تحلیل مواد شود.
- پایش محیطی: این ربات‌ها می‌توانند محیط‌های میکروسکوپی را کاوش کنند و بینش‌هایی را در مورد اکوسیستم‌ها یا آلودگی در مقیاس‌های بی‌سابقه ارائه دهند.
مسیر پیش رو
تحقیقات انجام شده در دانشگاه کرنل نشان دهنده‌ی یک تلاش مشترک است که توسط مرکز تحقیقات مواد کرنل، بنیاد ملی علوم و مرکز علوم و فناوری نانو کرنل پشتیبانی می‌شود. این مؤسسات منابع لازم را برای تحقق این چشم‌انداز فراهم کردند.
با ادامه‌ی تکامل حوزه‌ی رباتیک پراش، پیامدها شگفت‌انگیز هستند. دانشمندان با کوچک کردن ربات‌ها برای تعامل با نور مرئی، ابزارهایی را برای کاوش در قلمروهای قبلاً غیرقابل دسترس باز کرده‌اند. این ادغام تحرک، انعطاف‌پذیری و دقت نوری چیزی بیش از یک دستاورد فناوری است – نگاهی اجمالی به آینده‌ی علم و صنعت است.
این کار قدرت تحقیقات بین رشته‌ای را برجسته می‌کند و فیزیک، علم مواد و رباتیک را در یک نوآوری پیشگامانه ترکیب می‌کند. با ورود این ربات‌های میکروسکوپی به کاربردهای دنیای واقعی، آن‌ها آماده‌ی تغییر شکل صنایع از مراقبت‌های بهداشتی گرفته تا علوم محیطی هستند.
از بسیاری جهات، رباتیک پراش فقط در مورد ساخت ربات‌های کوچکتر نیست – در مورد گسترش درک ما از آنچه در مقیاس میکروسکوپی ممکن است، است. پتانسیل کشف نامحدود است و این تازه آغاز یک سفر خارق‌العاده است.
اگر به خواندن کامل این مطلب علاقه‌مندید، روی لینک مقابل کلیک کنید: the brighter side of news
