В продолжение отчета 2014 года, в котором был описан способ использования жгутиковых бактерий Serratia marcescens и электрического поля для создания мобильного микроробота, Минджун Ким, доктор философии, профессор инженерного колледжа и директор отдела биологической активации Дрекселя, Sensing & Transport (BAST) Lab, теперь предлагает способ сделать их гибкими.
"Что за корабль без капитана? Мы знаем, что электрические поля можно использовать, чтобы толкать микророботов в любом направлении, как лодку, несущую океанскими течениями, но в этой статье мы исследуем, как те же поля можно использовать, чтобы помочь роботу обнаруживать препятствия и перемещаться по ним. "Ким сказал.
Ключ к движению и навигации для крошечных гибридных роботов – это S. бактерия marcescens. Эти пловцы в форме палочек, известные в больницах как виновники инфекций мочевыводящих путей и дыхательных путей, от природы обладают отрицательным зарядом, что означает, что ими можно управлять через электрическое поле, как если бы они были пикселями на эскизе.
Когда слизистый мазок бактерий наносится на субстрат, в данном случае квадратный чип из светочувствительного материала под названием SU-8, вы получаете отрицательно заряженный микроробот, который может перемещаться в жидкости, перемещаясь на волнах электрического поля.
Жгутики бактерий, похожие на хлысты, помогают удерживать робота в жидкой среде, а также обеспечивают небольшое движение вперед. Настоящий толчок исходит от двух перпендикулярных электрических полей, которые превращают жидкость в наэлектризованную сеть. Поскольку бактерии заряжены отрицательно, команда может управлять роботами, просто регулируя силу тока.
«Мы показали, что можем вручную направлять роботов или задавать им набор координат, чтобы добраться из точки A в точку B, но наша цель в этом исследовании – дать микророботам возможность перемещаться по курсу со случайными препятствиями, преграждающими им путь, "Ким сказал. "Это требует уровня автоматизации, который ранее не был достигнут в исследованиях гибридной микроробототехники."
Группа Кима достигла этой цели, создав алгоритм управления, который позволяет крошечным роботам эффективно использовать форму электрического поля, на котором они едут, как способ обнаруживать препятствия и избегать их – как серфер, читающий волны, чтобы держаться подальше от них. подводные опасности.
Проведя серию тестов с использованием заряженных частиц, команда пришла к пониманию того, как меняется электрическое поле, когда оно сталкивается с объектами изоляторов. «Электрическое поле искажалось около углов препятствия», – пишут авторы. "Частицы, которые прошли первый угол препятствий, также повлияли на траектории, даже если у них было свободное пространство впереди, чтобы пройти; это происходит из-за искаженного электрического поля."
Они использовали эту деформацию в поле в качестве входных данных для своего алгоритма управления. Поэтому, когда робот чувствует изменение рисунка поля, алгоритм автоматически корректирует свой путь, чтобы увернуться от препятствия.
Таким образом, роботы используют электрические поля и как средство передвижения, и как средство навигации.
Помимо информации об электрическом поле, алгоритм также использует отслеживание изображений с камеры, установленной на микроскопе, для определения начальной начальной точки робота и его конечного пункта назначения.
«Благодаря такому уровню контроля и информации из окружающей среды мы можем запрограммировать микроробота на вынесение ряда оценочных суждений во время его путешествия, которые повлияют на его путь», – сказал Ким. "Если, например, мы хотим, чтобы робот избегал как можно большего количества препятствий, независимо от пройденного расстояния.
Или мы могли бы настроить его так, чтобы он выбирал самый прямой и кратчайший маршрут к месту назначения, даже если он проходит через препятствия. Эта относительная автономия является важным шагом для микророботов, если мы собираемся однажды поместить их в сложную систему и попросить их выполнить такую задачу, как доставка лекарств или создание микроструктуры."
Следующим шагом лаборатории Кима является разработка системы, состоящей из нескольких микророботов с питанием от бактерий, которые могут манипулировать несколькими живыми клетками in vitro.
Такая система может иметь несколько применений, включая манипуляции со стволовыми клетками.