صناعة

سوف ترقص هذه الميكروبات الجديدة طريقها عبر جسمك

سوف ترقص هذه الميكروبات الجديدة طريقها عبر جسمك

يمكن أن يتحول وضع ميكروبوت في جسم بشري مع حزمة بطارية من جهاز مفيد إلى موقف خطير إذا توقف الروبوت عن العمل. ولكن ماذا لو استطعت التخلص من البطاريات والمحركات تمامًا؟ في السنوات الأخيرة ، عمل العلماء على إتقان الروبوتات الدقيقة التي يتم التحكم فيها مغناطيسيًا. لكن التحكم في روبوتات متعددة داخل نفس المجال المغناطيسي أثبت أنه يمثل تحديًا صعبًا للغاية. الآن ، أعلن فريق هندسي مؤخرًا أنهم ابتكروا جهازًا مغناطيسيًا يمكنه تشغيل الميكروبات بشكل مستقل ، على الرغم من كونها تحت نفس المجال المغناطيسي.

في المستقبل ، يمكن أن تساعد التكنولوجيا في العمليات التي تتطلب العديد من الروبوتات الدقيقة. معًا ، سيكونون قادرين على توفير عمليات علاجية غير جراحية وسيسمحون بأنظمة توصيل الأدوية المحلية أو الغرسات الطبية الأكثر دقة.

[مصدر الصورة: IEEE Spectrum عبر يوتيوب]

التحدي

هناك مشكلة متأصلة في التحكم في الروبوتات بالمغناطيس. تؤثر المجالات المغناطيسية التي تتحكم في الروبوتات على الحركات بنفس الطريقة. على الرغم من أن الأسراب تبدو رائعة عندما تعمل في انسجام تام ، إلا أن السيطرة عليها بشكل مستقل مهمة صعبة. حاليًا ، هناك عدة طرق يمكن من خلالها التحكم في المكونات الفردية بشكل مستقل أغلقلبعضهم البعض. ولكن حتى الآن ، لم تكن هناك طريقة فعالة يمكنها ذلك بشكل انتقائي تعمل المكونات التي مباشرة بجانببعضهم البعض.

نظرًا لأن أحد الاستخدامات الرئيسية سيكون للمساعدة في التطبيقات الطبية ، فسيتعين على الروبوتات التنقل بشكل مستقل عبر القنوات والممرات الصغيرة داخل جسم الإنسان. بالنسبة للعديد من العمليات ، لن يقطعها سوى آلة صغيرة واحدة.

كانت المهمة محيرة لسنوات عديدة ، حتى الآن. نشر الباحثون مؤخرًا ورقة بحثية تصف نظامًا مغناطيسيًا جديدًا يمكنه التحكم بشكل انتقائي في الميكروبات المتطابقة ملليمتر بصرف النظر عن نفس المجال المغناطيسي.

تصميم نظام للتغلب على المشكلة

بدلاً من استخدام الروبوتات الصغيرة ذات أنظمة الدفع والملاحة المستقلة ، تعتمد الروبوتات على حل أكثر بدائية بشكل ملحوظ ؛ روبوت يعمل عن بعد بواسطة المغناطيسية. كانت تقنية تغيير المكونات داخل المجال المغناطيسي موجودة منذ فترة طويلة إلى حد ما. بدون الحاجة إلى نظام طاقة مباشر وأدوات تحكم ميكانيكية ، يمكن جعل الروبوتات أصغر بكثير.

بدلاً من البطارية والمحرك التقليديين ، تعتمد الروبوتات التي يتم تشغيلها مغناطيسيًا فقط على المغناطيسية للدفع والتلاعب. يمكن تصنيع الروبوتات من مكونات أقل خطورة. ومع ذلك ، في الوقت نفسه ، لا يزال بإمكانهم التنقل بدقة كبيرة أو أكثر من الروبوتات التي تعمل بالبطاريات.

في السابق ، كان الروبوت بأكمله محاطًا بعباءة مغناطيسية مما يغير موضع الروبوت. ومع ذلك ، لا تزال المشكلة تتعلق بكيفية التحكم في الروبوتات بشكل فردي. بدون اتصال مادي ، يتلقى كل ميكروبوت مدخلات مماثلة وسيعمل بنفس الطريقة. ولمكافحة هذه المشكلة ، طور الباحثون يورجن رامر وكريستيان ستينينج وبرنهارد جليش مولد مجال مغناطيسي جديد يمكنه تشغيل ميكروبات فردية أو مكونات محددة بشكل انتقائي - حتى تلك الموجودة في نفس المجال.

التحكم الفردي في الميكروبات

هناك طريقتان للتحكم في الروبوتات الصغيرة المختلفة داخل نفس المجال. أولاً ، يمكنك بناء مكونات مختلفة الحجم تعمل بشكل مختلف في مجال مغناطيسي معين. بالطبع ، سيكون من الصعب تكوين أسراب أكبر وسيكون المدخلات المغناطيسية معقدة نوعًا ما. بدلاً من ذلك ، كما تصف أوراق الباحثين ، هناك تقنية تستخدم المجالات المغناطيسية للتفاعل بشكل انتقائي مع مكونات محددة.

هذه التقنية رائعة حقًا. الطريقة التي يتحكم بها الباحثون في المكونات الانتقائية لا تتمثل في استهداف الكائنات بمدخل مغناطيسي. بدلاً من ذلك ، فإن الأجزاء التي من المفترض أن تتحرك محاطة بدائرة في ثقب مجال مغناطيسي على شكل دونات ، يُعرف باسم نقطة المجال الحر (FFP). في وسط الملفات المغناطيسية المتعددة المحاذاة ، تلتقي الحقول وتشكل ملف التدرج الميداني المنخفض. بدلاً من استهداف الأجزاء التي يجب أن تتحرك ، يضع المجال المغناطيسي قوة على جميع الأجزاء التي يجب أن تتحرك ليس نقل. أي شيء غير موجود داخل FFP يتم "تأمينه" في مكانه بواسطة التدرج اللوني الأعلى للحقل. بعد ذلك ، من خلال إدخال مجال مغناطيسي دوار لطيف ، ستدور الأشياء الموجودة بداخل (وداخل) FFP.

كيفية تدوير الأجزاء في اتجاهات مختلفة

لجعل البراغي تدور بشكل مستقل ، يجب أن تكون البراغي التي يتم نقلها داخل FFP. تتلقى البراغي الموجودة خارج FFP قوة مغناطيسية تميلها جانبًا ، مما يمنعها من الدوران ، مما يؤدي إلى إنشاء "القفل". في المركز ، لا يقوم المجال المغناطيسي بإمالة المسمار ، مما يتركه حرًا في الدوران في مكانه بواسطة مجال مغناطيسي آخر. لا تزال التكنولوجيا بعيدة تمامًا عن القدرة على تنفيذها في واقع الحياة ، لكنها تقنية رائعة. ومع ذلك ، كان العلماء قادرين على تشغيل المسامير بشكل فردي في أقرب مكان 3 ملمبعيدا، بمعزل، على حد. بمجرد أن تتطور التكنولوجيا ، قد تتمكن من التحكم في المكونات الأقرب.

ملف ماكسويل [يسار] ، في الأساس مجموعة من الملفات المتعامدة (ممثلة بحلقات) تنشئ FFP حول الروبوتات الصغيرة. يُنتج الجهاز حقلاً مغناطيسيًا [يمينًا] بحجم قريب من الصفر في المركز. [مصدر الصورة:ياسوتوشي إيشيهارا ، تسويوشي كوابارا وناوكي واداموري]

التطبيقات المستقبلية

يعد تشغيل مكونات محددة بشكل فردي تقنية مفيدة بشكل لا يصدق. باستخدامه ، يمكن صنع مضخات ميكانيكية لا تقرب الكهرباء من السائل بداخلها. بدلاً من ذلك ، يمكن لآلية خارجية تشغيل نظام من المضخات بشكل فردي عن طريق اختيار المضخات التي يجب تدويرها والمضخات التي يجب "قفلها". تتضاعف المضخات أيضًا كصمام ، مما يتيح خيار تحويل أو إيقاف التدفق تمامًا. طوال الوقت ، لن تتلامس أي مكونات خطرة مع السائل.

باستخدام الطريقة المذكورة أعلاه ، يمكن جعل الميكروبوت صغيرًا بشكل لا يصدق باستخدام حزم الطاقة والمحركات نظرًا لأن حجمها لا يلزم اعتباره كقيد. من الآن فصاعدًا ، يمكن للنظام التحكم في روبوتات أكثر تعقيدًا يمكنها أداء مهمة محددة. سيكون النظام مفيدًا بشكل خاص في علاج الأورام. باستخدام هذه الطريقة ، سيكون لدى الروبوتات التي تدخل الجسم آليات تبديل يتم تنشيطها بشكل مستقل. يمكن أن تحمل الروبوتات الأدوية المشعة أو كبسولات أخرى في مجرى الدم. ومع ذلك ، سيتم وضع جهاز التنشيط فوق الورم فقط. بعد ذلك ، بمجرد طرد جميع الروبوتات الأخرى ، فقط تلك الموجودة داخل المجال المغناطيسي للأجهزة ستطلق الكبسولات.

ستمنح التكنولوجيا الجديدة الروبوتات المستقبلية التي يتم التحكم فيها مغناطيسيًا مستوى جديدًا تمامًا من الحرية. قريبًا ، ستتمكن الميكروبات الأصغر والأكثر تعقيدًا من تنفيذ العمليات داخل الجسم بدقة كبيرة ولكن دون الحاجة إلى مواد خطرة. التكنولوجيا ما زالت بعيدة ، ومع ذلك ، فإن التقدم الذي يتم إحرازه كل يوم يجعل الأمر مجرد مسألة وقت قبل أن تصل الروبوتات المشغلة مغناطيسيًا إلى مستوى من التعقيد مما يجعلها قابلة للتطبيق في العالم الحقيقي.

راجع أيضًا: جهاز تتبع الصحة الصغير القابل للابتلاع مدعوم بأحماض المعدة

بقلم مافريك بيكر

شاهد الفيديو: لصحتك 1 البكتيريا النافعة - القولون والغازات (ديسمبر 2020).