Роевое поведение микроботов легче направить на выполнение какой-либо задачи, чем заставить отдельного робота выполнить ту же работу. Рой — это взаимопомощь и взаимозаменяемость для достижения одной цели. Рои микроботов могут помочь в медицине, минимизируя хирургические вмешательства, или в сельском хозяйстве, борясь с вредителями. Учёные из Южной Кореи изучили способность микроботов к коллективным действиям, впервые осуществив управление процессами.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

Учёные изготовили микроботов однотипными из эпоксидной смолы — по форме костяшек домино, только размером 0,6 мм каждый. Для управления микроботами в них добавляли крупицы редкоземельного магнита NdFeB (неодим-железо-бор). Микроботы были трёх типов: с поперечным расположением полюсов, с диагональным и с продольным. Каждый рой из одинаково намагниченных микроботов состоял из 1000 единиц. Вместе они оказались способны на многое.

Под управлением вращающегося магнитного поля рой из поперечно намагниченных ботов самоорганизовывался для преодоления препятствий в пять раз шире длины тела отдельного микробота. Рой из микроботов с диагональной намагниченностью охотно плавал и мог обернуться вокруг таблетки в 2000 раз более тяжёлой, чем сам рой, а затем плыть с ней, условно доставляя лекарство по назначению.

Источник изображения: Cell 2024

На твёрдой поверхности рой перетаскивал груз в 350 раз тяжелее каждого отдельного микробота. Также учёные имитировали прочистку роем кровеносных сосудов человека. Наконец, под контролем магнитного поля рой таскал по столу гусеницу, демонстрируя возможность точечного воздействия на «небольшие организмы». Отдельные микроботы явно были не у дел, но командная работа достигала поставленных целей.

«Высокая адаптивность роев микророботов к окружающей среде и высокий уровень автономии в управлении роем были удивительными, — говорит автор исследования Чжон Чжэ Ви (Jeong Jae Wie) из Университета Ханьянг в Сеуле, Южная Корея. — Хотя результаты исследования многообещающие, роям потребуется более высокий уровень автономии, прежде чем они будут готовы к применению в реальном мире».

Доставка лекарства в нужное место организма не менее важна, чем выбор правильного препарата. Для контроля над этим процессом команда разработчиков из Калифорнийского технологического института разработала крошечного медицинского робота. Конечно, эти простейшие микроскопические сферы не похожи на полноценных роботов, но создатели утверждают, что их можно перемещать по телу с помощью ультразвука или магнитов, что позволяет адресно доставлять лекарство.

Источник изображения: Калтех

Перед внедрением микроботов в организм, необходимо убедиться, что структура бота устойчива к высокому или низкому pH, присущему различным жидкостям организма. Бот также должен надёжно управляться и высвобождать препарат в нужной точке организма. Отработавшие микроботы должны полностью разложиться в организме, не оставляя после себя никаких токсичных материалов.

Команда разработчиков из Калтеха утверждает, что им удалось успешно решить все перечисленные задачи. Созданные ими роботы сделаны из биологически инертного гидрогеля, обладают высокой подвижностью, а их диаметр в 30 микрон достаточно мал, чтобы обеспечить проникновение практически в любую область тела.

Гидрогелевые сферы изготавливаются при помощи 3D-печати с использованием литографии с двухфотонной полимеризацией (TPP), технологии, впервые разработанной Институтом нанонауки Калтеха. Внутри сферы имеется полость, которая содержит микропузырьки воздуха. Терапевтическая нагрузка размещена во внешней оболочке, а внутренний пузырёк обеспечивает превосходный контраст при визуализации с помощью ультразвука, что позволяет легко отслеживать роботов после введения.

При воздействии акустического поля, создаваемого ультразвуком, микропузырьки вибрируют, приводя бота в движение при помощи возникающего «микропотока» из двух небольших отверстий. Наличие двух отверстий обеспечивает роботу гораздо большую манёвренность. В гидрогель, из которого создан бот, внедрены магнитные частицы, что позволяет управлять им с помощью магнитных полей.

Микроботы пока остаются лабораторными экспериментами, ни один человек ещё не подвергался лечению с их помощью. Но после отправки микроботов с химиотерапевтическими препаратами к месту опухоли у мышей было отмечено существенное уменьшение размера опухоли, тогда как традиционные методы лечения имели меньший эффект. Результаты эксперимента опубликованы в издании Science Robotics. В будущем разработчики надеются увидеть применение этой технологии при лечении людей.