Размером с пылинку, прыгает на полтора метра. Знакомьтесь, робот на пузырьковой тяге.

Команда исследователей из США и Китая разработала новый метод, использующий лопающиеся пузырьки как потенциальную систему движения для микророботов. Это открытие может привести к замене инъекций с иглой и другим интересным применениям.

В основе нового подхода лежит кавитация — внезапное схлопывание пузырьков в жидкости. Используя высвобождаемую энергию, команда смогла заставить крошечных роботов («джамперов») преодолевать невероятные расстояния относительно их размера.

Вдохновились тем, как папоротники выстреливают споры и как рыба-брызгун сбивает насекомых струёй воды, учёные нашли способ создавать собственные пузырьки, нагревая светопоглощающий материал лазером.

Эти пузырьки расширяются до предела, а затем резко схлопываются. При этом выделяется ударная волна механической энергии, которой оказалось достаточно, чтобы запускать устройства размером в миллиметры на высоту до 1,5 метров.

Роботы также могут «плавать» со скоростью около 12 метров в секунду. «Это движение хорошо контролируется, что позволяет проходить через сложные замкнутые пространства, такие как лабиринты и микрофлюидные каналы», — поясняют исследователи.

Такой способ особенно интересен для медицины, так как микророботы могли бы использоваться вместо традиционных игл для инъекций или для доставки лекарств прямо в определённое место в организме, например к опухоли.

Система управляется с помощью лазера, что делает её минимально инвазивной. Это важно, потому что многие существующие микророботы полагаются на магнитные поля или химическое топливо, которые сложно контролировать внутри тела. Кавитация же обеспечивает мощный и управляемый импульс без встроенных источников питания или движущихся частей.

Эти «джамперы» также способны перемещаться по влажным и неровным поверхностям, что открывает новые возможности в микроробототехнике — например, для исследования труднодоступных пространств в трубах, механизмах или биологических системах.

Методика может оказаться полезной и для биомедицинских исследований. Крошечные роботы могут действовать как микроплаватели в жидких средах, таких как кровь или межклеточная жидкость. Эта методика может также найти применение в клеточной терапии или точной хирургии, где обычные инструменты слишком грубы или велики.

Учёные подчёркивают, что работа находится на ранней стадии. Контроль кавитации внутри тканей без повреждения окружающих клеток остаётся серьёзной проблемой. Кроме того, лазеры имеют ограниченную глубину проникновения в биологическую ткань, что требует дополнительных решений, например использования оптоволокна или инфракрасного диапазона.

Не менее важно и то, что материалы, из которых сделаны «джамперы» (диоксид титана, полипиррол и карбид титана), должны пройти проверку на биосовместимость, прежде чем начнутся испытания на живых организмах.

«Наше исследование демонстрирует, что кавитация может служить эффективным механизмом запуска», — заявила команда в статье, опубликованной 28 августа в рецензируемом журнале Science .