Robôs pequenos o suficiente para operar no mundo microbiano poderiam dar aos cientistas uma nova maneira de manusear diretamente objetos que são impossíveis de manipular manualmente. Estas minúsculas máquinas são cerca de 50 vezes mais pequenas que o diâmetro de um fio de cabelo humano, aproximando os investigadores do seu antigo objetivo de interagir diretamente com o mundo microscópico.
Esta capacidade pode ser particularmente útil para materiais biológicos em água, incluindo células e bactérias individuais. Controlar e mover objetos com precisão nesta escala tem sido um desafio persistente. Nanorrobôs recentemente desenvolvidos mostram que já é possível coletar bactérias, transportá-las e liberá-las em locais selecionados.
A luz dá poderes e operações a pequenos robôs
Um dos maiores obstáculos no desenvolvimento de máquinas tão pequenas é encontrar uma maneira eficaz de operá-las e controlá-las. Na Julius-Maximilians-Universität Wurzburg (JMU), uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Bert Hecht está desenvolvendo uma solução que usa o recuo produzido por fótons individuais para mover dispositivos microscópicos chamados microdrones.
Os dispositivos contêm quatro nanoantenas plasmônicas. Essas antenas absorvem luz com uma cor e helicidade específicas e, em seguida, emitem essa luz em uma direção específica. Redirecionar cada fóton cria uma pequena força de recuo, semelhante em princípio ao recuo produzido ao disparar uma bala. Como os microdrones têm muito pouca massa, essas forças extremamente pequenas podem gerar aceleração e velocidade substanciais.
Para o trabalho mais recente, os pesquisadores reduziram ainda mais o tamanho de seus robôs movidos a luz, criando dispositivos menores que um micrômetro. Simplificar o sistema de direção e ao mesmo tempo manter a propulsão baseada no recuo de fótons foi uma parte fundamental para atingir esse tamanho.
O novo método de controle aproveita os fios da antena em nanoescala incorporados ao robô. Esses fios se alinham naturalmente com a direção de polarização da luz que entra. Ao alterar a polarização da luz, os pesquisadores podem controlar a direção que o nanorrobô enfrenta. Ao mesmo tempo, o recuo do fóton continua a impulsioná-lo para frente, criando um sistema de direção que funciona de forma semelhante aos controles direcionais usados em veículos maiores.
Nanorrobôs atuam como “limpadores microscópicos”
“Em essência, criamos um nanorrobô movido a luz que pode rastrear e coletar bactérias”, diz Jin Qin, principal cientista experimental do estudo. “Ao simplificar o design, atingimos um tamanho em que estes robôs podem operar diretamente no mundo microbiano – quase como dispositivos de limpeza microscópicos.”
Os robôs também são altamente móveis. Eles podem fazer giros muito rápidos de 90°, permitindo a varredura de grandes áreas da amostra de forma sistemática e eficiente. Eles podem capturar, transportar e liberar seletivamente um grande número de bactérias.
Sob condições controladas de laboratório, isso significa que os nanorrobôs podem efetivamente “limpar” ambientes microscópicos. Eles coletam bactérias de uma área e as depositam em locais especificamente escolhidos.
Bert Hecht diz: “Este é um exemplo notável de como a luz pode ser usada não apenas para observar o mundo microscópico, mas também para moldá-lo ativamente”. “A ideia de pequenos limpadores robóticos pode parecer futurista, mas já estamos demonstrando os princípios físicos que tornam isso possível.”
Os robôs permanecem totalmente móveis mesmo quando transportam grandes aglomerados de bactérias, embora a sua velocidade diminua um pouco sob carga adicional. A capacidade de permanecer funcional durante o transporte de grandes aglomerados de bactérias aponta para um potencial uso futuro em microbiologia, pesquisa biomédica e manipulação precisa de materiais em microescala.
