Магнітних мікророботів навчили кувирками швидко забиратися на похилі поверхні

Американські інженери розробили мікроробота, здатного під дією магнітного поля рухатися різними поверхнями зі швидкістю до 5 сантиметрів на секунду. Робот розміром менше одного квадратного міліметра може пересуватися як на повітрі, так і у в'язких рідинах і здатний забиратися на поверхні, нахилені до 60 градусів, пишуть розробники в статті в.

Один із способів керувати рухом автономних роботів - використання зовнішнього магнітного поля. Як розміри, так і принципи пересування магнітних роботів при цьому можуть досить сильно відрізнятися один від одного. Наприклад, для керування складними макроскопічними роботами, що складаються з великої кількості рухомих деталей, доводиться розробляти складні системи магнітних котушок, які дозволяють рухати незалежно окремими елементами. Для роботів менше, яких потрібно просто направити в потрібну точку і рухати як єдиний елемент, зазвичай використовують різні комбінації невеликих за величиною постійного і змінного магнітного поля. Таким чином можна керувати як роботами міліметрового розміру, так і мікророботами, які створюються для біологічних і медичних цілей і здатні переміщатися, наприклад, всередині кровоносних судин.

Група американських інженерів під керівництвом Девіда Каппеллері (David Cappelleri) з Університету Пердью розробила всюдихідного магнітного мікроробота, який рухається за рахунок кувиркання по поверхні. Структура робота, отриманого за допомогою фотолітографії, складається з трьох основних елементів: двох магнітних елементів (що складаються з фоторезисту з додаванням магнітних частинок) по краях і одного сполучного немагнітного (з чистого фоторезиста) - посередині. Робот має прямокутну геометрію, і його розмір становить 400 на 800 мікрометров. При цьому для поліпшення адгезійних властивостей геометрія магнітних елементів може бути модифікована залежно від типу поверхні, по якій повинен переміщатися пристрій. Крім прямокутної форми, дослідники також використовували трикутні, заокруглені, загострені і несиметричні магнітні елементи.

Переміщується робот під дією магнітного поля, що обертається. При цьому необхідна величина поля досить маленька: від 2 до 40 міллітесла, з частотою обертання від 100 до 2000 герц. За рахунок обертання зовнішнього поля мікроробот може здійснювати два типи кувирків: відносно своїх короткої або довгої осей.

Кувиркатися такий робот може досить швидко і по поверхнях різного рельєфу і з різним коефіцієнтом тертя. Так, на повітрі на сухій плоскій поверхні при додатку зовнішнього магнітного поля величиною 7 міллітесла робот рухається зі швидкістю 48 міліметрів на секунду. Мікроробот здатний переміщатися і у в'язких рідинах, при цьому у воді його швидкість при тій же величині поля скорочується до 13,6 міліметра в секунду.

За рахунок того, що мікроробот рухається кувирками, він вільно рухається гофрованими поверхнями і поверхнями, на які були нанесені виступи або ямки, співмірні з самим роботом. Крім того, робот виявився здатний підніматися по похилій поверхні з кутом нахилу до 60 градусів.

У майбутньому автори дослідження планують навчитися більш точно керувати траєкторіями таких пристроїв, а також розробити механізми їх руху в неоднорідних середовищах, де значний вплив можуть надати капілярні сили на міжфазних кордонах. При цьому інженери стверджують, що отримані ними результати вже зараз можна використовувати для створення мікроустроїв для цільової доставки ліків та інших медичних додатків.

Іноді для розробки нетоксичних магнітних мікророботів для медичних застосувань використовують і матеріали біологічного походження. Наприклад, якщо покрити волокна водорості магнітним матеріалом, можна отримати спіральні мікрочастинки, здатні пересуватися під дією магнітного поля навіть у в'язких рідинах.