به‌روزرسانی: ۷ سپتامبر ۲۰۲۵،عکس از نویسنده: کریستوفر مک‌فادن-تصویر نمایشی از کاویتاسیون حباب از یک پروانه.Davidhv22/Wikimedia Commons
یک تیم تحقیقاتی مشترک آمریکایی-چینی تکنیک جدیدی را توسعه داده‌اند که از ترکیدن حباب به عنوان یک سیستم نیروی محرکه بالقوه برای میکروربات‌ها استفاده می‌کند. این کشف می‌تواند به طور بالقوه منجر به جایگزینی تحویل دارو با سوزن و سایر کاربردهای جالب شود.
در هسته این تکنیک جدید، کاویتاسیون یا فروپاشی ناگهانی حباب‌ها در مایع قرار دارد. این تیم با استفاده از انرژی آزاد شده از این، متوجه شد که می‌تواند ربات‌های کوچک (به نام “جهنده”) را وادار به حرکت در فواصل باورنکردنی نسبت به اندازه‌شان کند.
با الهام از نحوه پراکندگی هاگ‌های سرخس‌ها و پرتاب جت‌های مایع توسط ماهی کماندار، آنها دریافتند که می‌توانند با گرم کردن مواد جاذب نور با لیزر، حباب‌های خود را تولید کنند.این حباب‌ها تا زمانی که دیگر نتوانند انرژی بیشتری را در خود نگه دارند، منبسط می‌شوند و سپس به شدت می‌ریزند. این فروپاشی، موج ضربه‌ای از انرژی مکانیکی را آزاد می‌کند. آنها دریافتند که این انرژی به اندازه کافی قدرتمند است تا دستگاه‌های میلی‌متری را تا ارتفاع 4.92 فوت (1.5 متر) به هوا پرتاب کند.
این ربات‌ها همچنین می‌توانند با سرعتی حدود 26.84 مایل در ساعت (12 متر در ثانیه) “شنا” کنند. محققان توضیح دادند: “حرکت شنا بسیار قابل کنترل است و امکان ناوبری را از طریق محیط‌های پیچیده و محدود مانند مازها و کانال‌های میکروفلوئیدیک فراهم می‌کند.”
این موضوع بسیار جالب است زیرا کاویتاسیون معمولاً مخرب تلقی می‌شود (مثلاً به پروانه‌ها و پمپ‌های کشتی آسیب می‌رساند). برای این منظور، با کنترل دقیق گرمایش لیزر (شدت، زاویه و زمان‌بندی)، محققان می‌توانند جهت پرتاب، ارتفاع و نیروی پرش را تعیین کنند و همچنین کنترل کنند که آیا دستگاه باید در آب بپرد، سر بخورد یا “شنا کند”.
این تکنیک جدید نه تنها به خودی خود جالب است؛ بلکه می‌تواند برخی از زمینه‌ها، مانند پزشکی را متحول کند. به عنوان مثال، می‌توان از آن برای تزریق‌های پزشکی جدید و روش‌های دارورسانی جدید استفاده کرد.
در اینجا، دستگاه‌های کوچک کاویتاسیون می‌توانند به داخل یا از طریق پوست پرتاب شوند و به طور بالقوه جایگزین سوزن‌های زیرپوستی شوند. آنها همچنین می‌توانند داروها را دقیقاً در داخل بدن (مثلاً مستقیماً به محل تومور) تحویل دهند.
از آنجا که این سیستم از گرمایش ناشی از نور استفاده می‌کند، می‌توان آن را برای روش‌های کم‌تهاجمی تنظیم کرد. این مهم است زیرا میکروربات‌های سنتی اغلب برای نیروی محرکه به میدان‌های مغناطیسی یا سوخت‌های شیمیایی متکی هستند که کنترل آنها در داخل بدن دشوار است.
از سوی دیگر، کاویتاسیون یک سیستم پرتاب با انرژی بالا و قابل کنترل را فراهم می‌کند که نیازی به برق داخلی یا قطعات متحرک ندارد. این تکنیک همچنین می‌تواند کاربردهای دیگری در کاوش اشیا در محیط‌های محدود یا خشن داشته باشد.
به عنوان مثال، این “جهنده‌ها” می‌توانند از سطوح مرطوب یا ناهموار عبور کنند، که نشان‌دهنده کاربردهایی در میکرو رباتیک است. بنابراین، آنها می‌توانند فضاهای تنگ یا غیرقابل دسترس (داخل لوله‌ها، ماشین‌آلات یا حتی سیستم‌های بیولوژیکی) را کاوش کنند.همچنین می‌تواند کاربردهای جالبی در تحقیقات زیست‌پزشکی داشته باشد. به عنوان مثال، این ربات‌های کوچک می‌توانند به عنوان میکروشناگرها در محیط‌های مایع مانند خون یا مایع بین سلولی عمل کنند.
این تکنیک همچنین ممکن است امکانات جالبی در سلول درمانی یا جراحی دقیق، جایی که ابزارهای معمولی خیلی بزرگ یا کند هستند، ارائه دهد. لازم به ذکر است که این تحقیق هنوز در مرحله اثبات مفهوم است.
کنترل دقیق کاویتاسیون در داخل بدن انسان (بدون آسیب رساندن به بافت‌های مجاور) بسیار دشوار خواهد بود. مسئله دیگر این است که لیزرها عمق نفوذ محدودی در بافت بیولوژیکی دارند، بنابراین کاربردهای عملی به مهندسی هوشمندانه نیاز دارند (به عنوان مثال، انتقال فیبر نوری، طول موج‌های مادون قرمز). مقالات پیشنهادی
زیست‌سازگاری مواد (کامپوزیتی از دی‌اکسید تیتانیوم، پلی‌پیرول و کاربید تیتانیوم) مورد استفاده برای این «جهنده‌ها» باید قبل از آزمایش واقعی در داخل بدن حیوانات زنده، چه برسد به انسان‌ها، مورد بررسی قرار گیرد.
این تیم در مقاله‌ای که در 28 آگوست در مجله معتبر Science منتشر شد، گفت: «مطالعه ما نشان می‌دهد که کاویتاسیون می‌تواند به عنوان یک مکانیسم پرتاب کارآمد عمل کند.»
شما می‌توانید این مطالعه را خودتان در مجله Science مشاهده کنید.
