ابتكار روبوتات…

ابتكر فريق أمريكي-صيني مشترك روبوتات تعمل بالفقاعات، يمكن أن تحل محل حقن الأدوية بالإبر، حيث تستغل هذه التقنية انهيار الفقاعات لتشغيل الروبوتات الصغيرة، بما يفتح المجال أمام بدائل جديدة للإبر الطبية وتطبيقات أخرى مثيرة للاهتمام.

وتعتمد هذه التقنية الجديدة على ظاهرة التجويف، أو الانهيار المفاجئ للفقاعات داخل السائل. وباستخدام الطاقة المنبعثة من هذا التجويف، وجد الفريق أنه يمكن تشغيل روبوتات صغيرة، تُعرف باسم “القافزات”، لتتحرك لمسافات هائلة مقارنة بحجمها.

وبإلهام من الطريقة التي تنشر بها نباتات السرخس أبواغها، والطريقة التي تطلق بها الأسماك السهامية نفثاتها السائلة، تمكن الباحثون من توليد فقاعاتهم الخاصة عبر تسخين مادة تمتص الضوء باستخدام الليزر.

وتتمدد هذه الفقاعات حتى تصل إلى الحد الذي لا تستطيع معه استيعاب المزيد من الطاقة، ثم تنهار بعنف، مطلقة موجة صادمة من الطاقة الميكانيكية. وقد وجد الباحثون أن هذه الطاقة قوية بما يكفي لدفع أجهزة بحجم المليمتر إلى ارتفاع يصل إلى 4.92 قدمًا (1.5 متر) في الهواء.

كما تستطيع هذه الروبوتات “السباحة” بسرعة تصل إلى نحو 26.84 ميلاً في الساعة (12 مترًا في الثانية). وأوضح الباحثون أن “حركة السباحة سهلة التحكم بدرجة كبيرة، مما يمكّن الروبوتات من التنقل عبر بيئات معقدة ومحصورة، مثل المتاهات والقنوات الدقيقة”.

ويُعد هذا الأمر مثيرًا للاهتمام للغاية، إذ يُنظر عادةً إلى التجويف بوصفه ظاهرة مدمرة، لما يسببه من أضرار لمراوح السفن والمضخات. إلا أن الباحثين تمكنوا، من خلال التحكم الدقيق في تسخين الليزر من حيث الشدة، والزاوية، والتوقيت، من تحديد اتجاه الانطلاق وارتفاعه وقوة القفزة، فضلاً عن التحكم فيما إذا كان ينبغي للجهاز أن يقفز، أو ينزلق، أو “يسبح” داخل الماء.

وقد تُحدث هذه التقنية الجديدة ثورة في بعض المجالات، وعلى رأسها الطب. فعلى سبيل المثال، يمكن استخدامها في تطوير وسائل جديدة للحقن الطبي وطرق مبتكرة لتوصيل الأدوية.

وفي هذا السياق، يمكن إطلاق أجهزة دقيقة تعمل بتقنية التجويف داخل الجلد أو عبره لتحل محل الإبر التقليدية، كما يمكنها إيصال الأدوية بدقة إلى داخل الجسم، مثل توصيلها مباشرة إلى موقع الورم.

ولأن النظام يعتمد على تسخين محفَّز بالضوء، فإنه يمكن ضبطه لإجراء عمليات طفيفة التوغل، وهو أمر بالغ الأهمية، لأن الروبوتات الدقيقة التقليدية تعتمد غالبًا على المجالات المغناطيسية أو الوقود الكيميائي للدفع، وهو ما قد يصعب التحكم فيه داخل الجسم.

ومن ناحية أخرى، يوفر التجويف نظام إطلاق عالي الطاقة وقابلاً للتحكم، دون الحاجة إلى مصدر طاقة داخلي أو أجزاء متحركة. ويمكن أن تمتد تطبيقات هذه التقنية إلى مجالات أخرى، مثل استكشاف البيئات الضيقة أو القاسية.

فعلى سبيل المثال، تستطيع هذه “القافزات” التنقل عبر الأسطح الرطبة أو غير المستوية، مما يشير إلى إمكانية استخدامها في الروبوتات الدقيقة لاستكشاف المساحات الضيقة أو التي يصعب الوصول إليها، مثل الأنابيب، والآلات، وحتى الأنظمة البيولوجية.

لا يزال هناك المزيد من العمل

قد تكون لهذه التقنية أيضًا تطبيقات واعدة في مجال البحوث الطبية الحيوية، إذ يمكن للروبوتات الصغيرة أن تعمل كـ”سابحات دقيقة” داخل البيئات السائلة، مثل الدم أو السوائل بين الخلايا.

كما قد تفتح التقنية آفاقًا جديدة في العلاج الخلوي أو الجراحة الدقيقة، حيث تكون الأدوات التقليدية كبيرة الحجم أو محدودة الدقة. ومع ذلك، لا يزال البحث في مرحلة “إثبات المفهوم”.

ويُتوقع أن يكون التحكم الدقيق في ظاهرة التجويف داخل جسم الإنسان، دون الإضرار بالأنسجة المجاورة، تحديًا بالغ الصعوبة. كما أن محدودية قدرة الليزر على اختراق الأنسجة البيولوجية تمثل عقبة أخرى، مما يستدعي تطوير حلول هندسية ذكية، مثل استخدام الألياف الضوئية والأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء.

كذلك، سيتعين معالجة مسألة التوافق الحيوي للمواد المستخدمة في تصنيع هذه “القافزات”، والتي تتكون من ثاني أكسيد التيتانيوم، والبولي بيرول، وكربيد التيتانيوم، قبل اختبارها داخل الحيوانات الحية، فضلاً عن البشر.

وقال الفريق، في ورقة بحثية نُشرت في مجلة Science المحكمة بتاريخ 28 أغسطس/آب: “تشير دراستنا إلى أن التجويف يمكن أن يعمل كآلية إطلاق فعالة”.

المصدر:
Interesting Engineering