Strävan efter att utveckla en trådlös mikrorobot för biomedicinska applikationer kräver en småskalig "motor" som kan drivas trådlöst genom biologiska medier. Medan magnetfält kan användas för att driva små robotar trådlöst, de ger inte selektivitet eftersom alla ställdon (komponenterna som styr rörelsen) under samma magnetfält bara följer samma rörelse. För att ta itu med denna inneboende begränsning av magnetisk aktivering, ett team av tyska forskare har utvecklat ett sätt att använda mikrobubblor för att ge den specificitet som behövs för att driva mikrorobotar för biomedicinska tillämpningar.

Denna vecka i Bokstäver i tillämpad fysik , teamet beskriver detta nya tillvägagångssätt som erbjuder flera fördelar jämfört med tidigare tekniker.

"Först, genom att applicera ultraljud vid olika frekvenser, flera ställdon kan adresseras individuellt; andra, ställdonen kräver ingen inbyggd elektronik som gör dem mindre, lättare och säkrare; och för det tredje, metoden är skalbar till sub-millimeterstorlek, sa Tian Qiu, en forskare vid Max Planck Institute for Intelligent Systems i Tyskland.

Forskargruppen stötte på några överraskningar på vägen. Normalt ett speciellt material, som ett magnetiskt eller piezoelektriskt material, krävs för ett ställdon. I detta fall, de använde en vanlig kommersiell polymer som helt enkelt fångar luftbubblor, och använde sedan luft-vätskegränssnittet för de fångade bubblorna för att omvandla ultraljudseffekten till mekanisk rörelse.

"Vi fann att en tunn yta (30-120 mikrometer effektiv tjocklek) med lämplig topologisk mönstring kan ge framdrivningskraft med hjälp av ultraljud, och tusentals av dessa bubblor tillsammans kan trycka en enhet i millimeterskala, " Sa Qiu. "Enkelheten i strukturen och materialet för att utföra denna uppgift var en trevlig överraskning."

Teamet ser redan fram emot att utveckla sin ställdon ytterligare.

"Nästa steg är att öka framdrivningskraften hos den funktionella ytan, att integrera ställdonet i en användbar biomedicinsk anordning, och sedan testa det i en riktig biologisk miljö, inklusive in vivo, " sa Qiu.

Antagandet av mikrostrukturerade ytor som trådlösa ställdon öppnar lovande nya möjligheter i utvecklingen av miniatyriserade enheter och verktyg för flytande miljöer som är tillgängliga för ultraljudsfält med låg intensitet. Dessa funktionella ytor skulle kunna fungera som färdiga att fästa trådlösa ställdon, driver miniatyriserade biomedicinska enheter för applikationer som aktiva endoskop.