Mikroroboti z gelu a zlata řízení světlem? Žádné sci-fi, ale realita

Praha, 2. června 2020 – Představte si robota o velikosti lidské buňky, který je na dálku napájen i navigován světlem. A představte si, že tenhle robot dokáže donekonečna (při zachování zdroje světla) vykonávat na úrovni mikrosvěta mechanicky zcela přesné úkony. A to bez nutnosti jakéhokoli invazivního zákroku „zvenčí“. Možnosti využití při tvorbě nových materiálů či manipulaci s jednotlivými buňkami v oblasti biomedicíny jsou bezbřehé. Výzkumná skupina Ivana Řehoře z VŠCHT Praha podobné mikroroboty vyrábět dokáže. Nový objev publikovala nedávno v oborově prestižním časopise Soft Robotics, výzkum probíhal ve spolupráci s Ústavem organické chemie a biochemie AV ČR a Univerzitou v Utrechtu.

„Schopnost robotické manipulace v minulosti naprosto změnila řadu odvětví lidské aktivity, například automobilový průmysl a průmyslovou výrobu obecně. My podnikáme první kroky k tomu, abychom byli schopni podobných úkonů v mikroměřítku, tedy v úrovni jednotek či desítek mikronů,“ říká doktor Ivan Řehoř.  To může do budoucna změnit radikálním způsobem výrobu materiálů, biomedicínské aplikace a další oblasti, kde bude možné jednoduše, levně, přesně a bezpečně manipulovat jednotlivými buňkami a, například, skládat je do větších funkčních celků.

Řehořovi mikroroboti jsou tvořeni na světlo reagujícími hydrogelovými mikročásticemi. Vyrábějí se v procesu nazvaném stop flow litografie a jejich součástí jsou také částice zlata. „Pokud vyrábíte malého robota, není možné, aby si nesl svůj zdroj energie s sebou. Proto jsou naši roboti napájeni na dálku svazkem světla. Zlaté částice toto světlo účinně zachycují a přeměňují jej na teplo, které vyvolává vlastní pohyb robota pomocí opakovaných stahů jeho těla,“ popisuje Řehoř, který strávil část vědecké kariéry v nizozemském Utrechtu.

Světlo jako zdroj pohybu není novým nápadem. Co ale dělá výzkum na VŠCHT výjimečným, je samotná kontrola pohybu robota, který se plazí po povrchu nejjednodušším možným způsobem – tělo robota se pouze smršťuje a opět rozpíná. Klíčovou roli hraje nerovnoměrná změna tření mezi robotem a podkladem, po němž se sune. „Tato změna pochází ze složitých dějů v materiálu robota, jež se během jeho smrštění a roztahování dějí na molekulární úrovni zaplétání a opětovného rozplétání jednotlivých polymerních řetězců, z nichž je vyroben. V tom je náš systém unikátní a to nám také umožňuje naprosto jednoduchý systém řízení a navigace robota pouze pomocí míření svazku světla,“ upozorňuje Řehoř.

Velkou výhodou nových mikrorobotů je v porovnání s klasickými přístupy k mikromanipulaci nízká výrobní cena. Současné nástroje, jež využívají „zpřevodování“ makroskopických pohybů do mikroměřítka, jako například přístroje pro asistovanou reprodukci či mikrochirurgii, jsou velmi drahé. Navíc vždy vyžadují pevné spojení mezi místem manipulace a vnějším zařízením.  „Výrobní cena jednoho robota je naprosto zanedbatelná,“ říká doktor Řehoř s tím, že jeho záměr obstojí i v konkurenci obdobných přístupů k manipulaci na mikroúrovni, typicky využívajících namísto světla magnetické pole. „Naše zařízení k ovládání robotů je mnohem jednodušší než u magnetických robotů a lze jej snadno postavit za 500 euro. Navíc pracujeme na vývoji mikrorobotů, kteří by mohli jednou být napájeni i běžným slunečním světlem a plazili by se kdekoli. Ale to je opravdu budoucnost.“

———————————–

RNDr. Ivan Řehoř, Ph.D. momentálně pracuje na Ústavu chemického inženýrství VŠCHT Praha a Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR (ÚOCHB). Vystudoval anorganickou chemii na Univerzitě Karlově. V letech 2010-2014 působil na ÚOCHB. V letech 2015-2018 bádal na univerzitě v Utrechtu v rámci prestižního programu Marie-Curie Fellowship. Na VŠCHT nastoupil v roce 2019 jako držitel iniciačního grantu Fondu Dagmar Procházkové, který slouží pro podporu vědeckých projektů akademických pracovníků s mezinárodní zkušeností, u kterých se předpokládá, že spojí svoji profesní kariéru s VŠCHT Praha. Na AV je jeho výzkum podpořen Purkyně Fellowship.