Разработка ученых Токийского университета призвана помочь с биологическими и экологическими исследованиями. Миниатюрные роботы приводятся в движение одноклеточными водорослями. Исследователи создали два варианта — «ротатор», то есть вращающуюся конструкцию, и «скутер» — передвигающуюся. В дальнейшем команда планирует опробовать более сложные микромашины.

«Мы решили использовать очень распространенные, встречающиеся во всем мире водоросли Chlamydomonas Reinhardtii (Хламидомонаду Рейнгардта), вдохновившись их способностью к быстрому, вольному плаванию. Мы показали, что эти водоросли можно поймать без нарушения мобильности, а затем использовать в качестве силовых установок для перемещения микромашин, которые можно использовать в инженерных или исследовательских целях», — рассказал один из авторов проекта, аспирант кафедры информационных наук и технологий Токийского университета Наото Симидзу.

Без полезной нагрузки одноклеточные водоросли диаметром всего десять микрон способны перемещаться со скоростью до ста микрометров в секунду с помощью двух жгутиков в передней части. Условно говоря, эти водоросли плавают брассом. Если запрячь четыре такие клетки в ротатор, конструкция будет вращаться с угловой скоростью от двадцати до сорока микрометров в секунду. Со скутером все еще интереснее, упряжка из двух водорослей удивила исследователей непредсказуемостью: одноклеточные пилоты вошли в раж и взялись выполнять фигуры высшего пилотажа — делать боевые развороты, крутить бочки и мертвые петли.

Обе конструкции изготовлены из фотополимерной смолы по технологии 3D-печати методом двухфотонной литографии. Главной трудностью было спроектировать и построить роботов так, чтобы конструкции надежно удерживали клетки и при этом не мешали движениям жгутиков. Получилось не сразу: ученые опробовали четыре варианта корзинки-ловушки. Главное преимущество же таких систем в том, что они не требуют какой-либо химической модификации или внешних приспособлений для поимки водорослей: сами конструкции служат эффективным ловушками для подвижных клеток.Водоросли Chlamydomonas Reinhardtii живут около двух суток, а затем делятся на четыре новые клетки. Эксперименты продолжались по несколько часов, и за это время роботы не утратили работоспособность. Далее команда планирует усовершенствовать ротатор в сторону повышения скорости вращения, а также провести опыты с новыми, более сложными конструкциями. Ученые надеются, что со временем такие микромашины можно будет использовать для экологического мониторинга, а также в качестве транспорта, например для очистки водоемов.

Результаты исследования опубликованы в журнале Small.

Источник