Naczynia włosowate (inaczej kapilary) docierają do prawie każdej komórki ludzkiego organizmu. To idealne miejsca, przez które można by dostarczać leki do konkretnej lokalizacji. Jednak istnieje pewien szkopuł – naczynia włosowate są nadzwyczaj małe. Ich średnica to kilka mikrometrów, czyli milionowych części metra.

Jak dostarczyć leki przez naczynia włosowate

Wymyślenie robotów, które byłyby w stanie przedostać się w trudno dostępne miejsca w organizmie człowieka, to jedno z największych wyzwań, któremu próbują obecnie sprostać naukowcy działający na styku robotyki i medycyny. Wiadomo, że takie nośniki muszą spełniać kilka cech naraz. Muszą być mikroskopijnej wielkości i zdalnie sterowane. Muszą też mieć zdolność przenoszenia leczniczych substancji chemicznych i uwalniania ich w wybranym miejscu.

By spełniać te funkcje, idealnie byłoby, gdyby roboty były zmiennokształtne. Czyli by miały możliwość dostosowywania swojego kształtu – a także wielkości – do drogi, jaką się poruszają. Czy jednak stawianie takich wymagań materiałom tworzonym ludzką ręką nie jest czystą fantastyką?

Medyczny robot jak Terminator T-1000

Niekoniecznie. W najnowszym numerze czasopisma naukowego „Science Advances” ukazała się praca opisująca niezwykłego robota zbudowanego z ferrofluidu. Ma on zdolność pokonywania wąskich gardeł w labiryntach. Dzieje się tak dzięki temu, że jest w stanie zmienić swój kształt, by przecisnąć się przez wąski fragment drogi. A gdy to nie wystarczy – rozpada się na mniejsze części, by pokonać mały otwór, a za nim ponownie łączy się w całość.

Te możliwości robota widać na filmie nagranym przez naukowców. Przypomina on – po odpowiedniej poprawce wziętej na budżety Hollywoodu – sceny z filmu „Terminator 2 – Dzień sądu”. Występujący w nim cyborg składał się z inteligentnego ciekłego metalu, który nawet po rozpadnięciu się na kawałki potrafił wrócić do pierwotnej postaci.

Co to jest ferrofluid?

Na filmie nagranym przez badaczy widać czarną kulę gęstej cieczy o metalicznym połysku. Nagle zaczyna ona rozpadać się na mniejsze, identyczne krople. Zjawisko przebiega w sposób, który wydaje się uporządkowany. Następnie z małych koralików ponownie powstaje większy „blob”.

Jest to tzw. ferrofluid. Czyli zawiesina składająca się z cieczy nośnej i mikroskopijnej wielkości cząsteczek substancji ferromagnetycznej. Ferromagnetyki wykazują spontaniczny magnetyzm. Są namagnesowane nawet wtedy, gdy zewnętrzne pole magnetyczne nie istnieje. Do tej grupy substancji należy np. żelazo.

Ciecz magnetyczna w labiryncie

W tym przypadku ferrofluid był zawiesiną składającą się z jednego z tlenków żelaza – Fe3O4 oraz oleju węglowodorowego (hydrocarbon oil). Taki inteligentny materiał miał jednocześnie właściwości cieczy i reagował na zmieniające się pole magnetyczne.

Naukowcy użyli obracających się, sferycznych magnesów, by sprawdzić, czy robot poradzi sobie z przejściem przez labirynt. Pokazali to na kolejnym filmie. By pokonać wąskie fragmenty labiryntu, robot wydłuża się albo dzieli na części, a następnie scala z powrotem. Rezultat okazuje się sukcesem. Inteligentna ciecz dociera do końca zaplanowanej dla niej trasy.

Naukowcy komentują, że następnym wyzwaniem jest opracowanie precyzyjnego magnetycznego systemu kontroli, który zagwarantuje, że robot – czy raczej rój tego rodzaju robotów – będzie docierał dokładnie tam, gdzie potrzeba. A także znalezienie substancji jednocześnie miękkich i jak najbardziej elastycznych, z których można by tworzyć tego rodzaju urządzenia. Gdy to się uda, będzie można zacząć myśleć o zastosowaniu tego rodzaju niezwykłych materiałów w medycynie.

Przeczytaj też o tym, że pierwsze żywe roboty potrafią się rozmnażać.

Źródło: Science Advances.