(Sopra) Una serie di micrografie ottiche che mostrano il movimento di uno dei microrobot sintetizzati in questo studio; (Sotto) Una rappresentazione del movimento della pinna nel tempo (Kazuma Obara, Yoshiyuki Kageyama, Sadamu Takeda. Small. 27 novembre 2021). Crediti:Kazuma Obara, Yoshiyuki Kageyama, Sadamu Takeda. Piccolo. 27 novembre 2021
La creazione di microrobot molecolari che imitano le capacità degli organismi viventi è un sogno della nanotecnologia, come illustrato dal famoso fisico Richard Feynman. Ci sono una serie di sfide nel raggiungimento di questo obiettivo. Uno dei più significativi di questi è la creazione dell'autopropulsione diretta in acqua.
Un team di tre scienziati dell'Università di Hokkaido, guidato dall'assistente professore Yoshiyuki Kageyama, è riuscito a creare un microcristallo che utilizza il movimento alternativo auto-continuo per la propulsione. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Small .
Il sogno dei microrobot è vecchio, essendo stato affrontato nella fantascienza per molti decenni e reso popolare dall'ascesa della nanotecnologia. Un aspetto di questi robot è l'autopropulsione, la capacità di muoversi autonomamente. Ci sono due sfide principali per raggiungere questo obiettivo:la prima è creare un robot molecolare che può deformarsi reciprocamente e la seconda è convertire questa deformazione nella propulsione del robot molecolare.
Il gruppo di Kageyama si è basato sulla loro precedente ricerca che aveva risolto la prima sfida:la creazione di robot molecolari che possono deformarsi reciprocamente. Tuttavia, gli oggetti minuscoli non possono convertire il loro movimento reciproco in movimento progressivo, in generale, come spiegato dal teorema della capesante di Edward Purcell. Nel presente studio, gli scienziati sono andati al passo successivo e sono riusciti a realizzare l'autopropulsione del robot molecolare in un sistema sperimentale in cui il movimento era confinato a due dimensioni; in questo sistema la resistenza viscosa agisce in modo anisotropico, rendendolo trascurabilmente debole.
I robot molecolari mobili nuotano nell'acqua
Il microrobot era alimentato da una luce blu, che guidava una serie di reazioni che portavano al ribaltamento della pinna e alla propulsione. A causa della natura delle reazioni, il movimento non era continuo, ma si verificava in modo intermittente; inoltre, i robot molecolari esibivano uno dei tre diversi stili di propulsione:uno stile "a corsa", con la pinna davanti; uno stile "calcio", con la pinna dietro; o uno stile "colpo laterale", con la pinna su un lato. La natura della mobilità era influenzata dall'area della pinna e dal suo angolo di elevazione; i singoli cristalli si sono spinti in diverse direzioni e stili.
Gli scienziati hanno quindi creato un modello computazionale minimo per comprendere le variabili che hanno influenzato la propulsione in un serbatoio bidimensionale. Sono stati in grado di determinare che la lunghezza delle pinne, il rapporto delle pinne e l'angolo di elevazione erano le variabili chiave che influenzavano la direzione e il ritmo delle propulsioni.
"Il risultato, che ha dimostrato che minuscole flapper possono nuotare assistite dall'anisotropia causata da spazi ristretti, potrebbe stimolare la ricerca sui robot molecolari", afferma Kageyama. "Un meccanismo simile potrebbe essere nel movimento di piccoli organismi acquatici in condizioni specifiche come all'interno delle uova". + Esplora ulteriormente
