Прощай, скальпель. Роботы-вихри обещают чистить сосуды и доставлять лекарства прямо внутри организма

Микророботы размером с крупинку соли научились двигать и собирать предметы без касания, и звучит это как фокус. На деле команда ученых заставила рой крошечных магнитных цилиндров создавать в жидкости управляемые вихри, которые передают усилие на объекты в стороне. Такой подход уже сейчас позволяет вращать шестерни, перемещать детали и собирать конструкции, не прижимая хрупкие элементы механически.

Разработку ведут исследователи из Института интеллектуальных систем Макса Планка, Мичиганского университета и Корнеллского университета. Каждый микроробот имеет ширину около 300 микрометров. Внешнее магнитное поле раскручивает цилиндры, а вращение запускает миниатюрные водовороты в окружающей жидкости. Когда роботы собираются в группу, отдельные потоки объединяются и создают мощный «жидкостный крутящий момент», который действует на более крупные объекты на расстоянии.

Авторы работы объясняют, что раньше гидродинамическое сопротивление уже помогало получать разные коллективные режимы поведения у микророботов, а теперь ту же физику использовали для дистанционного управления предметами. По словам Стивена Серона из Мичиганского университета, команда фактически превратила взаимодействие через жидкую среду в инструмент точного контроля.

Главная идея проста и сильна одновременно. Вместо того чтобы толкать или тянуть деталь напрямую, рой использует потоки жидкости как «невидимые руки». Такой механизм подходит для микромасштаба, где лишнее касание легко ломает компонент или сбивает точную сборку. Исследователи показали, что система умеет вращать шестерни, перевозить структуры и собирать сложные конфигурации, размеры которых многократно превышают размеры самих роботов. Направление и скорость вращения можно менять, если скорректировать число роботов, скорость их вращения или схему размещения.

В одном из экспериментов коллектив раскрутил трехмерный объект, масса которого превышала массу одного микроробота более чем в 45 тысяч раз. Для таких размеров и условий результат выглядит особенно впечатляюще, потому что открывает путь к дистанционным операциям там, где обычные механические манипуляторы уже плохо работают.

Рои микророботов умеют не только вращать предметы. В ходе экспериментов группы переключались между разными режимами, например вращались на месте или «ползли» по поверхности. Такие коллективные паттерны помогают рою перестраиваться под задачу и условия среды без жесткого сценария для каждого отдельного робота.

Практический потенциал у технологии большой. Авторы связывают разработку с микропроизводством, где важно аккуратно работать с миниатюрной электроникой и другими чувствительными компонентами. Медицинские сценарии выглядят не менее перспективно. В будущем такие рои могут перемещаться внутри организма, доставлять биологические образцы, переносить лекарственные нагрузки к нужным органам и снижать риск повреждения здоровых клеток вокруг. В более амбициозных вариантах речь идет о расчистке сосудистых закупорок и сборке медицинских имплантов прямо внутри тела без травматичного вмешательства.

Исследование опубликовал журнал Science Advances.