สวิสทำหุ่นยนต์เลียนแบบแบคทีเรีย เล็กระดับไมโครเมตร

นักวิจัยสวิสสร้างหุ่นยนต์ขนาดเล็กระดับไมโครเมตรได้เป็นครั้งแรก เลียนแบบแบคทีเรีย อี โคไล เคลื่อนที่ได้โดยไม่ต้องใช้พลังงาน แต่อาศัยสนามแม่เหล็ก อนาคตหวังใช้เป็นตัวนำส่งยาเข้าร่างกายผู้ป่วยได้แม่นยำตรงจุด

ศาสตราจารย์ แบรดลีย์ เนลสัน (Bradley Nelson) นักวิทยาศาสตร์ของสถาบันการออกแบบหุ่นยนต์และระบบอัจฉริยะ (Institute of Robotics and Intelligent Systems: IRIS) เมืองซูริค สวิตเซอร์แลนด์ ประดิษฐ์หุ่นยนต์ขนาดจิ๋วระดับไมโครเมตร โดยเลียนแบบให้มีลักษณะคล้ายแบคทีเรียที่มีอยู่ในธรรมชาติ เช่น อี โคไล (E. coli) ซึ่งไซน์เดลีระบุว่า นักวิจัยตั้งใจพัฒนาขึ้นเพื่อใช้ในทางการแพทย์แห่งอนาคต

หุ่นยนต์จิ๋วที่นักวิจัยสวิสรายนี้ประดิษฐ์ขึ้นมีชื่อเรียกว่า "เอบีเอฟส์" (Artificial Bacterial Flagella: ABFs) มีลักษณะคล้ายเกลียวสว่าน โดยมีหัวอยู่ตรงส่วนปลายด้านหนึ่ง มีขนาดยาวตั้งแต่ 25-60 ไมโครเมตร ซึ่งทำขึ้นเลียนแบบแบคทีเรียในธรรมชาติชนิดที่มีแฟลกเจลลา (Flagella) หรือ มีหางยาวคล้ายแส้ สำหรับช่วยในการเคลื่อนที่

ทว่าส่วนแฟลกเจลลาของแบคทีเรีย ที่มีอยู่ในธรรมชาติมักมีความยาวแค่ 5-15 ไมโครเมตร และมีเพียงบางชนิดที่มีแฟลกเจลลายาวเกิน 20 ไมโครเมตร

นักวิจัยประดิษฐ์หุ่นยนต์จิ๋ว หรือแบคทีเรียเทียมดังกล่าวได้มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่เคยมีการคิดค้นพัฒนากันมา โดยทำขึ้นจากวัตถุดิบที่ประกอบด้วยแผ่นบางเฉียบของธาตุอินเดียม, แกลเลียม, อาร์เซนิก และโครเมียม ที่ซ้อนกันหลายๆ ชั้น และสามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยเทคนิคการม้วนตัวเอง จากรูปร่างที่มีลักษณะเป็นเกลียว

รูปร่างเกลียวนี้เกิดขึ้นเองทันที หลังจากที่นักวิจัยดึงโครงร่างออกจากแผ่นโลหะที่เป็นวัตถุดิบตั้งต้น อันเนื่องมาจากโมเลกุลของโลหะหลายชนิดที่ประกอบกันเป็นโครงสร้างหลายชั้น และรูปแบบการขดตัวเป็นเกลียว ก็ขึ้นอยู่กับความหนาและตำแหน่งการจัดวางชั้นของแผ่นโลหะวัตถุดิบโดยตรง ทำให้นักวิจัยสามารถกำหนดขนาดหรือทิศทางการหมุนของเกลียวหางได้ตามที่ต้องการ

สำหรับบริเวณที่เป็นส่วนหัวของหุ่นยนต์จิ๋วนั้น ทำจากแผ่นฟิล์ม 3 ชั้น ของโลหะโครเมียม นิเกิล และทอง โดยนำไปประกอบติดที่ส่วนปลายด้านใดด้านหนึ่งของเกลียว กลายเป็นหุ่นยนต์ขนาดไมโครเมตร ที่มีลักษณะคล้ายแบคทีเรียมีหางแส้ดังกล่าว

นิเกิลที่เป็นองค์ประกอบของส่วนหัวนั้น มีคุณสมบัติแม่เหล็กอ่อนๆ ขณะที่โลหะชนิดอื่นที่เป็นองค์ประกอบอยู่ด้วย ไม่มีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก ส่วนหัวของหุ่นยนต์จิ๋ว จึงทำให้ตัวมันสามารถเคลื่อนที่ไปตามทิศทางในสนามแม่เหล็กได้

ทีมวิจัยได้พัฒนาซอฟต์แวร์ ที่ช่วยบังคับหุ่นยนต์เอบีเอฟส์ให้เคลื่อนที่ไปทุกทิศทางด้วยสนามแม่เหล็กได้ โดยไม่ต้องอาศัยพลังงาน รวมทั้งเคลื่อนที่ไปในน้ำหรือของเหลวได้ด้วย โดยสามารถทำให้เคลื่อนที่ได้ด้วยความเร็วประมาณ 20 ไมโครเมตรต่อวินาที ขณะที่ อี โคไล เคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 30 ไมโคเมตรต่อวินาที ซึ่งศาสตราจารย์เนลสันตั้งใจว่าจะพัฒนาให้หุ่นยนต์แบคทีเรียเคลื่อนที่ได้รวดเร็วยิ่งขึ้นมากกว่า 100 ไมโครเมตรต่อวินาที

ศาสตราจารย์เนลสันบอกว่าพัฒนาหุ่นยนต์จิ๋ว ที่มีลักษณะคล้ายแบคทีเรียในธรรมชาติก็เพื่อจะนำมาใช้ประโยชน์ในทางการแพทย์ในอนาคต เช่น ใช้ในการนำส่งยา กำจัดคราบที่อุดตันในเส้นเลือด หรือปรับปรุงโครงสร้างของเซลล์ เป็นต้น

อย่างไรก็ตาม นักวิจัยยังต้องศึกษาและพัฒนาต่อไปอีกหลายขั้น ก่อนที่จะนำไปใช้งานจริงกับผู้ป่วยได้ คือจะทำให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น มีขนาดเล็กลงกว่าเดิม ปรับปรุงในเรื่องของการบังคับทิศทางการเคลื่อนที่ การติดตามเส้นทางการเคลื่อนที่ และการระบุตำแหน่งของหุ่นยนต์ได้อย่างถูกต้องตลอดเวลา เช่น หากใช้นำส่งยา หุ่นยนต์จะต้องเคลื่อนที่ไปได้ถูกทิศทาง และปลดปล่อยยาออกมาได้ตรงกับจุดที่ต้องการให้ตัวยาเข้าถึงได้อย่างแม่นยำ.