Tahmin Edemeyeceğiniz Bir Güçle Sürülen Küçük Araçlar
1959 yılında ünlü teorik fizikçi Richard Feynman, mikrorobotların kan dolaşımımızda yüzdüğü, iç organlarımızı tamir ettiği ya da ilaç dağıttığı bir geleceğin hayalini kurmuştu.
Altmış beş yıl sonra bilim insanları bu gerçeğe yaklaşıyor.
Tokyo Üniversitesi’ndeki mühendisler artık harici bir güç kaynağına ihtiyaç duymadan küçük mikroskobik yapıları hareket ettirmenin bir yolunu buldular.
Çözüm ne mi? Serbest hareket eden, tek hücreli organizmalardan oluşan bir ekip, minicik atlar gibi bir ‘arabaya’ bağlandı.
İki tek hücreli alg tarafından yönlendirilen bir ‘scooter’ aracı. (Tokyo Üniversitesi Shoji Takeuchi Araştırma Grubu)
Her ne kadar kulağa geldiği kadar sevimli görünse de, araştırma sadece şirinlik arayışı değildi. Şimdiye kadar tasarlanan ‘mikrobot’larla ilgili sorunlardan biri, çok küçük olduklarından kan gibi sıvıların pekmez viskozitesine sahip olabilmesidir.Bu da botun hareket etmesini zorlaştırıyor. Bu nedenle bilim insanları yıllardır bu tür yapıları daha kolay itebilecek kadar güçlü minik motorlar yaratmaya çalışıyor.
Japonya’daki mühendisler, yeşil alg Chlamydomonas reinhardtii’nin hızlı yüzme yeteneklerinden yararlanarak benzersiz bir çözüm buldular.
C. reinhardtii’nin her bir hücresi sadece 10 mikrometre genişliğinde, yani 2020’de 3D baskısı yapılan dünyanın en küçük gemisi Benchy römorkörünün üçte biri büyüklüğünde.
Bununla birlikte, birlikte, kendi bireysel boyutlarından beş kat daha büyük makineleri çekebilirler – makinenin tasarımcıları, “karmaşık mikro makinelerin geliştirilmesi için yepyeni bir olasılıklar alanı açıyor” diyor.
İnsan tüketimi için güvenli kabul edilen algler, her bir birimi kurbağalamaya benzer bir şekilde ileriye doğru iten iki kamçı tarafından desteklenmektedir.
Özel olarak tasarlanmış dizgin benzeri bir sepetin içine hapsedilen hücrenin kamçıları öne doğru çıkarak, kürek çekerken aracın geri kalanını arkasından sürüklemesini sağlıyor.
Tek hücreli algleri yakalamak için tasarlanmış kafes benzeri sepet, kamçılarının hareket edebilmesi için yer bırakıyor. (Tokyo Üniversitesi Shoji Takeuchi Araştırma Grubu)
Bilim insanlarının tasarladığı diğer mikromotorların aksine – ki bunlar genellikle manyetik veya elektriksel alanlar gibi harici güç kaynaklarına dayanıyor – C. reinhardtii gibi canlı motorlar otonom olarak hareket edebiliyor.
Araştırmanın baş yazarı Haruka Oda ve meslektaşları, alglerin yönlendirmesi için her biri 50 ila 60 mikron genişliğinde olan iki farklı, 3D baskılı plastik araç tasarladı. Bunu bir perspektife oturtmak gerekirse, ortalama bir insan saçı yaklaşık 100 mikron kalınlığındadır.
Mikro makinelerden birinin adı “Scooter”. Her ikisi de aynı yöne bakan ve arkada bir ‘arabaya’ bağlı olan iki alg hücresini yakalamak için iki sepeti vardır.
C. reinhardtii, herhangi bir yönlendirme olmaksızın her bir kokpitte yerini alıyor.
Araştırmacılar, her sepet dolu olduğunda bile scooter’ın düz hareket etmediğini görünce şaşırdılar. Bunun yerine, karmaşık şekillerde dönmüş ve dönmüştür. Hatta 15 geri takla ve 10 yuvarlanma hareketi yaptı.
Tek hücreli algler tarafından ‘yönlendirilmek’ üzere tasarlanmış iki yapı. Bir scooter (solda) ve bir rotator (sağda). (Tokyo Üniversitesi Shoji Takeuchi Araştırma Grubu)
“Rotator” adı verilen diğer araç şekli daha yumuşak hareket ediyordu. Hepsi aynı yöne bakan ve tekerlek benzeri bir formasyonda parmaklıklar aracılığıyla birbirine bağlanan dört sepetle tasarlanmıştır.
Dört sepetin her birinde bir alg hücresinin yer almasıyla yapı, mikroskobik bir karnavalda gezinti yapar gibi saniyede ortalama 20 ila 40 mikrometre hızla ‘dönüyor’.
Dört tek hücreli alg tarafından yönlendirilen döndürücü mikro araç (Tokyo Üniversitesi Shoji Takeuchi Araştırma Grubu)
C. reinhardtii engellenmediğinde saniyede 100 mikrometre hıza ulaşabiliyor, bu nedenle araştırmacılar şimdi bu mikro makinelerin daha hızlı ve daha hassas hareket etmesini sağlayıp sağlayamayacaklarını görmeye çalışıyorlar.
Sadece 56 mikrometre boyutundaki Rotator, 2017 yılında kendi kendine hareket eden bakteriler tarafından çalıştırılmak üzere daha önce tasarlanan bir başka mikro araçtan beş kat daha büyük. Ancak alglerin aksine, bu bakterilerin hızının özel bir ışık modülatörü tarafından kontrol edilmesi gerekiyordu.
Projeyi yöneten Shoji Takeuchi, “Burada geliştirilen yöntemler sadece alglerin bireysel hareketlerini görselleştirmek için değil, aynı zamanda kısıtlı koşullar altında koordineli hareketlerini analiz edebilecek bir araç geliştirmek için de yararlıdır” diyor.
“Bu yöntemler gelecekte, su ortamlarında çevresel izleme ve suda kirleticilerin veya besin maddelerinin taşınması gibi mikroorganizmalar kullanılarak madde taşınması için kullanılabilecek bir teknolojiye dönüşme potansiyeline sahiptir.”
Bir gün bu araştırmalar, Feynman’ın hayalini kurduğu, kan gibi sıvı bir ortamda ilaç gibi ‘küçük kargolar’ taşıyan ve gücünü yaşamın kendisinden alan bir mikrobotun ortaya çıkmasını bile sağlayabilir.
Kaynak: https://www.sciencealert.com