這些微型車輛是由你永遠(yuǎn)無法猜到的東西驅(qū)動(dòng)的

1959年，著名理論物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼，幻想關(guān)于一個(gè)未來，微型機(jī)器人在我們的血液中游動(dòng)，修復(fù)我們的內(nèi)部或在它們前進(jìn)時(shí)輸送藥物。

六十五年后，科學(xué)家們正在逐漸接近這一現(xiàn)實(shí)。

東京大學(xué)的工程師現(xiàn)在已經(jīng)找到了一種方法，可以在不需要外部電源的情況下將微小的微觀結(jié)構(gòu)電動(dòng)化。

解決方案是什么？一群自由移動(dòng)的單細(xì)胞生物拴在一輛“戰(zhàn)車”上，就像一匹矮小的馬。

這項(xiàng)研究不僅僅是對(duì)可愛的追求，盡管它看起來和聽起來一樣可愛。到目前為止，設(shè)計(jì)的“微型機(jī)器人”的問題之一是，由于如此之小，像血液這樣的液體可以承受糖蜜的粘度。

這使得機(jī)器人更難移動(dòng)，這就是科學(xué)家們嘗試的原因多年來，現(xiàn)在一直在創(chuàng)造微型電機(jī)足夠強(qiáng)大，可以更輕松地推動(dòng)此類結(jié)構(gòu)。

利用綠藻的快速游泳能力萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii），日本的工程師們提出了一個(gè)獨(dú)特的解決方案。

每個(gè)單元格萊茵哈德蒂梭菌寬度只有 10 微米，這是一個(gè)拖船 Benchy 大小的三分之一– 世界上最小的船，2020 年3D打印。

然而，它們可以拉動(dòng)比自己個(gè)體尺寸大五倍的機(jī)器——“為復(fù)雜微型機(jī)器的開發(fā)開辟了一個(gè)全新的可能性領(lǐng)域”，機(jī)器的設(shè)計(jì)者說說.

藻類，它們是被認(rèn)為是安全的對(duì)于人類消費(fèi)，由兩個(gè)鞭毛提供動(dòng)力，以類似于蛙泳的方式推動(dòng)每個(gè)單元向前。

被困在一個(gè)專門設(shè)計(jì)的類似韁繩的籃子里，牢房的鞭毛伸出前方，使其能夠在劃槳時(shí)將車輛的其余部分拖到后面。

與其他不同微電機(jī)科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)的 - 通常依賴于外部電源，如磁場(chǎng)或電場(chǎng) - 像這樣的活電機(jī)萊茵哈德蒂梭菌可以自主移動(dòng)。

主要作者Haruka Oda和他的同事設(shè)計(jì)了兩種不同的3D打印塑料車輛，供藻類操縱，每個(gè)車輛的寬度在50到60微米之間。從這個(gè)角度來看，人類頭發(fā)的平均厚度約為 100 微米。

其中一臺(tái)微型機(jī)器被稱為“踏板車”。它有兩個(gè)籃子，用于捕獲兩個(gè)藻類細(xì)胞，它們都面向相同的方向，并與后面的“戰(zhàn)車”相連。

在沒有提示的情況下，萊茵哈德蒂梭菌在每個(gè)駕駛艙中占據(jù)他們的位置。

研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，即使每個(gè)籃子都被占用，踏板車也不會(huì)直線移動(dòng)。相反，它以復(fù)雜的方式旋轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動(dòng)。它甚至做了 15 個(gè)后空翻和 10 個(gè)滾動(dòng)動(dòng)作。

另一種形狀的車輛，稱為“旋轉(zhuǎn)器”，移動(dòng)得更平穩(wěn)。它設(shè)計(jì)有四個(gè)籃子，所有籃子都指向同一方向，并通過輻條連接成輪狀結(jié)構(gòu)。

四個(gè)籃子中的每一個(gè)都有一個(gè)藻類細(xì)胞，該結(jié)構(gòu)以每秒 20 到 40 微米的平均速度“旋轉(zhuǎn)”，有點(diǎn)像微觀狂歡節(jié)的騎行。

C.萊因哈德蒂在沒有阻礙的情況下可以達(dá)到每秒100微米的速度，因此研究人員現(xiàn)在正試圖看看他們是否可以使這些微型機(jī)器移動(dòng)得更快，更精確。

Rotator的尺寸只有56微米，比之前設(shè)計(jì)的另一款微型車輛大五倍，后者是2017年制作的由自行式細(xì)菌提供動(dòng)力。然而，與藻類不同的是，這些細(xì)菌的速度必須由一種特殊的光調(diào)制器來控制。

“這里開發(fā)的方法不僅可用于可視化藻類的單個(gè)運(yùn)動(dòng)，而且還可用于開發(fā)一種工具，該工具可以在受限條件下分析它們的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，”說Shoji Takeuchi，負(fù)責(zé)監(jiān)督該項(xiàng)目。

“這些方法有可能在未來發(fā)展成為一種技術(shù)，可用于水生環(huán)境中的環(huán)境監(jiān)測(cè)，以及使用微生物進(jìn)行物質(zhì)運(yùn)輸，例如在水中移動(dòng)污染物或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

有朝一日，這些研究方向甚至可以實(shí)現(xiàn)費(fèi)曼的夢(mèng)想，即微型機(jī)器人在由生命本身提供動(dòng)力的液體環(huán)境中，如血液，運(yùn)送“小貨物”，如藥品。

該研究發(fā)表在小.

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