Powstały mikroskopijne roboty, które mogą poruszać się wewnątrz ludzkiego ciała

Miniaturowe roboty, poruszające się – niczym okręty podwodne – w ludzkim układzie krwionośnym, jeszcze niedawno wydawały się domeną SF. Po raz kolejny technologia dogoniła popkulturę: zbudowano mikroskopijne roboty, zdolne do pracy wewnątrz ludzkiego ciała. Jak działają i do czego można je wykorzystać?

Popkultura od lat raczy nas wizją robotów, działających w ciele człowieka. Oscara za scenografię i efekty wizualne dostał nakręcony w 1966 roku film „Fantastyczna podróż” z Raquel Welch, gdzie sztab naukowców w miniaturowej łodzi podwodnej wyrusza na trudną misję usunięcia skrzepu z mózgu wybitnego naukowca.

Nieco później, w 1987 roku, nakręcono „Interkosmos”, w którym Dennis Quaid przemierza w mikroskopijnym okręcie ciało hipochondryka, z zabawnymi dla widza konsekwencjami.

Oba filmy były, jak na czas powstania, na swój sposób wyjątkowe (i oba zdobyły Oscary), jednak znacznie lepiej utkwiła mi w pamięci scena z pierwszego „Matriksa”, w której rozciągnięty na biurku Neo patrzy, jak do jego pępka wślizguje się jakiś paskudny – i wcale nie mikroskopijny – robot.

Roboty działające w ciele człowieka nie są już jednak domeną wyłącznie kina. Doniesienia o pracach nad tego typu sprzętem również nie są niczym nowym, jednak konstruowane do tej pory roboty miały istotną wadę – mimo niewielkich rozmiarów wciąż były zbyt duże, by mogły bez przeszkód pracować w naszym układzie krwionośnym.

W 2009 roku inżynierowie z Uniwersytetu w Tel Avivie zbliżyli się do granicy użyteczności, tworząc robota o średnicy około 1 milimetra, który mógł poruszać się dzięki witce, zainspirowanej budową bakterii E. Coli.

Kolejnym, ważnym krokiem w kierunku mikroskopijnych robotów były maszyny, pokazane w kwietniu 2014 roku przez Erica Dillera i Metina Sitti z Carnegie Mellon University w Pittsburgu. Roboty, których średnica również wynosiła około 1 milimetra, mogły nie tylko poruszać się, ale – dzięki mikroskopijnym chwytakom – tworzyć konstrukcje z magnetycznych pręcików (przed włączeniem poniższego filmu radzę zmniejszyć głośność!).

Następny etap rozwoju maszyn tego typu zaprezentowali niedawno naukowcy z Max Planck Institute for Intelligent Systems w Sttutgarcie. Ich dziełem jest robot, składający się z dwóch części o wymiarach 300 µm, połączonych osią o szerokości 60 µm.

Robot jest w stanie poruszać obiema częściami z różną prędkością, co przypomina nieco machanie skrzydłami. Gdyby robot wykonywał takie ruchy w wodzie – stałby w miejscu, a raczej wykonywałby „krok” w przód, a następnie cofał się.

Dzięki temu, że krew jest cieczą nienewtonowską (ma zmienną lepkość), różnicując prędkość ruchu części robota można sprawić, by poruszał się w wybranym kierunku, sterując ruchami maszyny za pomocą pola magnetycznego. Warto przy tym zauważyć, że to, co pokazano do tej pory, rozwiązuje jedynie kwestię napędu, a cała konstrukcja – choć działa – jest na razie daleka od praktycznego zastosowania.

Do czego może się przydać taki robot? Jednym z zastosowań może być m.in. monitorowanie stanu naszego układu krwionośnego i usuwanie z wnętrza naczyń krwionośnych płytek miażdżycowych. Gdy uda się to osiągnąć, zdobędziemy nowe narzędzie, pomocne w walce z chorobami układu krążenia, które np. w Polsce odpowiadają za około 50 proc. wszystkich zgonów.

W artykule wykorzystałem informacje z serwisów IEEE Spectrum, Forbot, Electronics Weekly, Nauka w Polsce i Nature.