Bilim adamları, bu mikrodotopları nasıl inşa edip güçleştirecekleri konusunda önemli bir ipucu buldular.
Kanserli bir tümöre ilaç verme yolunda bir kişinin kan damarlarınla yüzebilecek bir mikroskopik makine düşünün.
Kalp krizini önlemek için bir atardamarı açığa çıkarabilen ya da gözün içinden hassas göz yastığı ameliyatı gerçekleştirebilen bir robot. Bu yetenek henüz mümkün değil.
Ancak şimdi araştırmacılar mikro swimmers olarak adlandırılan ve bunların hepsini yapabilecekleri minyatür robotlar tasarlıyorlar.
Bilim adamlarının insan vücuduna yerleştirmek istedikleri robotlar çok daha küçüktür. Genellikle 1 milimetreden (0.04 inç) daha küçük boyutlardadır. Bunların en büyüğü bir tuz tanesi ebatında olabilirler. Fakat çok daha küçükde olabilirler. Yalnızca bir mikroskop ile görülebilirler.
İnsan vücudu çoğunlukla ıslak malzemelerden oluşur. Kan, omurilik sıvısı ve diğer sıvılar insan vücudu hacminin yüzde 60 ila 65’ini oluşturur. Dolayısıyla, bu ortamı kolaylıkla taşımak için robotlar yüzebilmelidir.
En küçük kan damarları üzerinden bile yüzen robotları gönderen doğru materyalleri ve tasarımları bulmak oldukça zor. Ancak imkansız değil. Gerçekten de, bilim adamları son on yılda bu vizyona yöneldiler.
West Lafayette’deki Purdue Üniversitesi’ndeki bir mikro robot bilimci olan David Cappilleri, ödülün beklemeye değer olması gerektiğini söylüyor. “Mikro robotlar, daha büyük robotların gidemeyeceği yerlere gidebiliyor. Ayrıca, daha hassas olan araçları idare edebiliyorlar. “diye belirtiyor.
Zürih İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsünde robotik uzmanı olan Bradley Nelson “İnsanlar vücudun mikro ortamlarında birşeyleri hareket ettirmek konusunda çok fazla tecrübeye sahip değiller.” diyor. Fakat diğer bazı organizmalar bunu iyi yapabiliyor. Nelson ve diğer robot tasarımcıları ilham almak için onlara bakıyorlar.
Bilim adamları bedenin içinde yüzmek için robotları oluşturmadan önce ilk olarak ölçek problemini çözmek zorunda kaldılar.
Nelson, nesne olarak yüzme değişikliklerinin fiziğini daha küçük hale getirdiğini gözlemliyor. Çünkü mikroskobik ölçekte sıvılar daha fazla viskoz hale gelir. (Viskozite bir sıvının kalınlığıdır.)
Nelson bu durumu, “Eğer bir [mikrorobot] boyutuna kadar küçülüp bir su havuzuna atlayacaksanız,” su artık su gibi hissettirmeyecektir, kalın bir tabaka gibi hissedeceksiniz “şeklinde açıklıyor.
Bu nedenle, kendisi ve diğer bilim adamları, doğanın en ufak yüzücülerinden olan tek hücreli yaşam biçimlerini kopyalıyor. Bu usta yüzücüler bedenlerimizden hızlıca geçebilirler.
Tasarım ip uçları için Nelson protozoan olarak bilinen bir mikrop üzerinde yoğunlaştı. Seçtiği mikrop türünün adı Trypanosoma (Try-PAN -oh- SO- mah BRU-see-eye).
İnsanlarda bu parazit Afrika uyku hastalığına neden olur. Etkilenen insanlar genellikle geceleri uyuyamazlar. Ancak günümüzde bu durumun üstesinden gelinmiştir.
T.brucei, kambur kuyruk sallayarak kan dolaşımıyla yüzüyor. Bu kuyruğa bir flagellum (Fla-JEL-um) denir.Harekete geçtiğinde, T. brucei de şekil değiştirir.
Bu, vücudun bir bölümünden diğerine geçmesine yardımcı olur. Protozoon, kısa ve kaba, ince ve iğne gibi gidebilir. Bu kan damarı duvarlarına nüfuz etmesini ve omurgayı istila etmesini sağlar.
Nelson şekil değiştirme yeteneği olan bir mikro swimmer oluşturma fikrinden hoşlandı. Böyle bir robot, şekline bağlı olarak vücudun farklı yerlerinde iş yapabilir. Nelson’a göre, bu görevlerin arasında atardamarların açılması veya ilaçların verilmesi olabilir. Belki robot gözü kan damarlarında mikroskobik onarımlar yapabilir.
Yumuşak bir mikro swimmer oluşturmak için jel benzeri bir malzeme kullandı. Jelin sıcaklığını değiştirerek, robotu kısa ve kuvvetli veya uzun ve iğne gibi yapabilir.
Araştırmacıların yapacakları tek nano-medikali Nelson’un yumuşak gövdeli mikro spikeri değil. Pennsylvania’daki Drexel Üniversitesi de bazıları kanser öldürme ilacını tümörlere getirmek için farklı bir tür oluşturdu.
Vücut içine giren robotları tasarlama konusunda zorluk gelişimi destekler. Drexel ekibini yöneten Min Jun Kim, bu robotların bir motor veya pil takımı taşımak için çok küçük olduğunu söylüyor.
Kim bir makine mühendisi. (Şu anda Teksas, Dallas’daki Southern Methodist Üniversitesi’nde çalışıyor.) Makine mühendisleri makine tasarlamak ve geliştirmek için hareket, enerji ve güç kurallarını kullanıyorlar.
Kim ve ekibi güç problemini çözmek için mıknatıs kullandı. Nelson’ın yumuşak mikro süpürgesinin aksine, Kim’in tasarımı tamamıyla metalden yapıldı.
İlham almak için bakterilere baktı. Bu ilhamı Borrelia burgdorferi‘de buldu (Bor-REL-ee-ah Burg-DOR-fur-eye). Bu spiral şekilli mikrop, Lyme hastalığı olarak bilinen bir hastalığa neden olur.
İnsanlar virüs bulaşmış bir kene tarafından ısırıldıktan sonra hastalanırlar. Bakteri, yüzmek ve dokuyu delmek için tirbuşon benzeri bir hareket kullanır.
Kim manyetik boncukların bükümlerini birleştirerek tirbuşon şeklini taklit etti. Bu boncuklar o kadar küçük ki, bunlar mikroskop olmadan zar zor görülüyor.
Mıknatısları, petek tabağındaki suni kan damarları yoluyla mikroskobu itmek için kullandı. Kim, mıknatısların gücünü arttırarak veya azaltarak, robotun daha hızlı veya daha yavaş yüzmesini sağlayabildi.
Manyetik alanın yönünü değiştirmek robotu sola veya sağa doğru yönlendirmesine izin verdi. Birkaç zinciri bir araya getirebilir ve ipleri 20 ila 30 arası boncuk oluşturabilir. Onları üç boncuk gibi kısa kollara ayırır.
Kim, bu boncukların yüzeylerinin ilaçlarla kaplanabileceğini söyledi. Kanseri tedavi etmek için, daha uzun bir zincir olan bir mikro-sünger kalın bir tümöre kadar delebilir. İçeri girdikten sonra, kanser öldürme ilacını etrafına yaymak için küçük zincirlere bölünebilir.
Hong Kong Çin Üniversitesi nanoteknolojide çalışan Zhang Li “Bazı microrobotlar petri kaplarında yüzebilir. Ancak insanların önünde serbest bırakılmadan önce büyük engeller olacak” diye belirtiyor.
Bilim insanları, bu kadar zayıf cihazların ne kadar güvende olduğunu bilmeliler. Li, işler bittikten sonra bu küçük yüzücülerin nasıl çıkarılacağını bilmeleri gerektiğini de belirtti.
Şimdilik, araştırmacılar fareler gibi hayvanlarda mikroskopik cihazlarını test etmeyi planlıyorlar. Bu testler, bilim insanlarının robotlarındaki materyallerin toksik olmadığından emin olmasına da yardımcı olabilir.
Bilim adamları, mikro swimmer’ları insana koymadan önce yerleştirmek, izlemek ve çıkarmak için hayvanlar da kullanabilirler.
Li, gerçek bir bedenle (insan mı yoksa faremi olsun) robotlarla çalışmak, onu bir petri kabında mikroskop altında yapmaktan çok daha farklı, diye açıklıyor Bir petri kabında, görünümü engellemek için cilt, kan veya diğer dokular yok.
Bu zorluklara rağmen, bilim insanları Li’nin gözlemlediği bu durumu “Oldukça heyecan verici” buluyor. Ayrıca “Öğrenmek için hala çok fazla şey var.” diyor.
