Các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại hydrogel dựa trên thực vật để tạo ra các rô-bốt nhỏ có thể điều hướng, thay đổi hình dạng, có ứng dụng tiềm năng trong y sinh, bao gồm thực hiện các thủ tục y tế như sinh thiết và cung cấp tải trọng trị liệu đến tế bào và mô.
Không giống như rô-bốt siêu nhỏ cứng, rô-bốt siêu nhỏ thân thiện với mô hơn vì chúng có thể dễ dàng đi qua hoặc xâm nhập vào hệ thống sinh học. Tuy nhiên, thách thức là tạo ra các microrobot mềm có thể cảm nhận và thích nghi với môi trường mà không gây ra phản ứng miễn dịch vì chúng là vật thể lạ.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Waterloo ở Anh đã phát triển một loại hydrogel thực vật tương thích sinh học để tạo ra các robot siêu nhỏ có thể điều hướng và có thể thay đổi hình dạng để đáp ứng với các kích thích hóa học bên ngoài.
Hamed Shahsavan, tác giả tương ứng của nghiên cứu, cho biết: "Trong nhóm nghiên cứu của tôi, chúng tôi đang kết nối cái cũ và cái mới." Chúng tôi sử dụng các vật liệu mềm truyền thống như hydrogel, tinh thể lỏng và chất keo để khởi động các robot siêu nhỏ mới nổi. "
Với chiều dài chỉ 0,4 inch (1 cm), robot mềm nhỏ bé này được chế tạo từ hỗn hợp hydrogel tiên tiến bao gồm các hạt nano cellulose có nguồn gốc từ thực vật bền vững. Ngoài tính tương thích sinh học và không độc hại, vật liệu này còn có khả năng tự phục hồi; nó có thể được cắt và dán lại với nhau mà không cần keo hoặc chất kết dính khác để tạo thành các hình dạng khác nhau cho các ứng dụng khác nhau. Khi được kích thích hóa học, hydrogel thay đổi hình dạng, cho phép các nhà nghiên cứu "lập trình" hình dạng của robot bằng cách điều chỉnh hướng của các hạt nano cellulose theo ý muốn.
Các nhà nghiên cứu đã thiết kế và thử nghiệm hai robot nhỏ, phản ứng với độ pH có khả năng tóm, chuyển và thả các vật thể mềm hình cầu hoặc không đều khi được kích hoạt bởi độ pH. Robot thứ hai có thể sử dụng từ trường để di chuyển hàng hóa nhẹ qua mê cung, như minh họa trong video dưới đây do Waterloo Engineering sản xuất. Sau khi hoàn thành mê cung, hydrogel. khiến robot mở ra và thả hàng hóa. Đặc tính phản ứng với độ pH có nghĩa là các vi robot có khả năng được sử dụng trong các cơ quan của con người có giá trị pH tự nhiên cao hơn và có khả năng chịu đựng được môi trường pH có tính axit, chẳng hạn như bàng quang. Các nhà nghiên cứu có kế hoạch cải tiến thiết kế của họ và sau đó thử nghiệm nó trong các ứng dụng trong thế giới thực, bao gồm cả việc phát triển loại hydrogel có nguồn gốc từ thực vật này.
Ashley Nguyen, tác giả đầu tiên của nghiên cứu, cho biết: "Hydrogel tự nhiên được sử dụng rộng rãi trong xã hội, từ chế biến thực phẩm đến mỹ phẩm, nhưng chúng cần phải được thu hoạch từ động vật, điều này đặt ra các vấn đề về đạo đức. Ngoài ra, các vật liệu có nguồn gốc từ động vật khó sử dụng ở người do phản ứng miễn dịch tiêu cực."
Các nhà nghiên cứu của UNSW thay vào đó đã sử dụng cái gọi là "dây kéo tryptophan" hay Trpzip) để tạo ra hydrogel. Trpzip là một chuỗi axit amin ngắn chứa nhiều tryptophan hoạt động như một dây kéo để thúc đẩy quá trình tự lắp ráp.Kristopher Kilian, tác giả tương ứng của nghiên cứu cho biết: "Chúng tôi tin rằng Trpzip hydrogel và các vật liệu tương tự sẽ cung cấp giải pháp thay thế phù hợp và tiết kiệm chi phí hơn cho các sản phẩm có nguồn gốc động vật". “Nếu vật liệu của chúng tôi có thể giảm số lượng động vật được sử dụng trong nghiên cứu khoa học thì đó sẽ là một kết quả to lớn.”
Nghiên cứu của Đại học Waterloo và Đại học New South Wales đều được công bố trên tạp chí Nature Communications.