Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Würzburg ở Đức gần đây đã phát triển một robot nano điều khiển bằng photon, có đường kính khoảng 1/50 sợi tóc người. Nó có thể theo dõi, thu giữ, vận chuyển và giải phóng chính xác vi khuẩn trong môi trường kính hiển vi lỏng, mang đến một lộ trình công nghệ mới để con người trực tiếp kiểm soát thế giới vi sinh vật.

Các báo cáo cho thấy loại robot siêu nhỏ này hướng tới các hoạt động ở quy mô vi mô mà các phương tiện truyền thống khó có thể can thiệp hiệu quả. Đối với các vật liệu sinh học như tế bào đơn lẻ và vi khuẩn trong môi trường chất lỏng, làm thế nào để đạt được sự kiểm soát có độ chính xác cao luôn là vấn đề lớn trong nghiên cứu khoa học và kết quả mới này cho thấy các nhiệm vụ như thu thập và di chuyển vi khuẩn hiện đã khả thi.

Nhóm nghiên cứu được dẫn đầu bởi Giáo sư Bert Hecht từ Đại học Julius Maximilian Würzburg, Đức. Giải pháp cốt lõi được nhóm đề xuất là sử dụng độ giật yếu được tạo ra khi một photon đơn lẻ được phát ra để điều khiển chuyển động của một thiết bị có kích thước micron gọi là "máy bay không người lái siêu nhỏ".

Theo báo cáo, có thể tích hợp tối đa bốn ăng-ten nano plasmonic bên trong các thiết bị này. Đầu tiên, chúng hấp thụ ánh sáng với những đặc tính cụ thể, sau đó phát lại các photon theo hướng có định hướng; mỗi phát bắn sẽ mang lại một lực giật cực nhỏ, về nguyên tắc tương tự như lực giật của viên đạn sau khi ra khỏi nòng. Vì bản thân khối lượng của microrobot cực kỳ thấp nên ngay cả khi lực này rất yếu thì vẫn đủ để mang lại tốc độ cao và khả năng tăng tốc nhanh.

Trong nghiên cứu mới nhất, các nhà nghiên cứu đã tiếp tục giảm kích thước của loại robot điều khiển bằng ánh sáng này xuống dưới 1 micron, đồng thời đơn giản hóa phương pháp điều khiển nhưng vẫn giữ lại cơ chế đẩy dựa trên độ giật photon.

Nhóm đã lợi dụng thực tế là dây ăng-ten bên trong robot được căn chỉnh tự nhiên theo hướng phân cực của ánh sáng tới. Bằng cách điều chỉnh trạng thái phân cực của ánh sáng, các nhà nghiên cứu có thể điều khiển hướng của robot và động lượng chuyển tiếp của nó vẫn đến từ sự giật lùi của photon, khiến phương pháp điều khiển của nó gần hơn với chế độ "lái cộng với lực đẩy" của vận chuyển vĩ mô.

Jin Qin, nhà khoa học thực nghiệm đầu tiên của bài báo, cho biết về cơ bản, thứ mà nhóm chế tạo là một robot nano được điều khiển bởi ánh sáng, có thể khóa và thu thập vi khuẩn. Do cấu trúc được đơn giản hóa nên kích thước của robot đã được giảm xuống đến mức có thể trực tiếp xâm nhập vào các hoạt động của vi sinh vật, theo một nghĩa nào đó, nó giống như một "thiết bị làm sạch vi mô".

Các nhà nghiên cứu cho biết, robot nano này có khả năng cơ động cao và có thể nhanh chóng hoàn thành các vòng quay 90 độ nên có thể tiến hành quét một cách có hệ thống và hiệu quả trong một khu vực mẫu lớn. Đồng thời, nó có thể bắt giữ, vận chuyển và giải phóng một số lượng đáng kể vi khuẩn một cách có chọn lọc.

Điều này có nghĩa là trong môi trường thử nghiệm được kiểm soát, loại thiết bị này dự kiến ​​sẽ thực hiện thao tác "làm sạch" trên môi trường vi mô - tập hợp vi khuẩn lại với nhau và di chuyển chúng đến một vị trí được xác định trước.

Bert Hecht chỉ ra rằng kết quả này chứng minh một cách sinh động rằng ánh sáng không chỉ có thể được sử dụng để quan sát thế giới vi mô mà còn có thể được sử dụng để chủ động định hình thế giới vi mô. Mặc dù khái niệm "máy làm sạch microrobot" nghe có vẻ tương lai nhưng các nguyên lý vật lý liên quan hiện đã được xác minh bằng thực nghiệm.

Ngay cả khi mang theo cụm vi khuẩn lớn hơn, robot nano này vẫn có thể duy trì khả năng cơ động hoàn toàn nhưng tốc độ di chuyển của nó sẽ giảm đi một chút. Nhóm nghiên cứu tin rằng tính ổn định này càng làm nổi bật tiềm năng ứng dụng của nó trong các lĩnh vực như vi sinh, nghiên cứu y sinh và điều khiển chính xác ở quy mô siêu nhỏ.

Bài báo nghiên cứu liên quan có tiêu đề "Máy làm sạch robot có kích thước nano" và được đồng ký bởi Jin Qin, Carsten Büchner, Wu Xiaofei và Bert Hecht. Nó được xuất bản vào ngày 27 tháng 3 năm 2026.