Roboti menší než vlas a pohánění světlem? Tahle technologie mění pravidla hry

Zkusili jste někdy uchopit něco opravdu, ale opravdu malého? Třeba částečku prachu? Ukazuje se, že manipulace s věcmi na mikroskopické úrovni je zatraceně náročná. Prsty? Naprosto k ničemu. Pinzeta? Ani náhodou. Ani ty nejlepší nástroje vědců si většinou neporadí s jednotlivými buňkami nebo bakteriemi.

Teď se to ale mění. Vědci z univerzity Julius-Maximilians-Universität Würzburg v Německu postavili něco fascinujícího: roboty tak nepatrné, že lidský vlas vedle nich vypadá jako tlusté lano. A tito miniaturní pomocníci dokážou na povel vyhledávat a sbírat bakterie.

Jak to funguje? Světlo jako motor

Tady přichází ta zajímavá část. Tito nanoboti — každý menší než jeden mikrometr (pro představu: zlomek šířky lidského vlasu) — jsou poháněni výhradně světlem. Žádné baterie. Žádné palivo. Jen světelné paprsky, které na ně dopadají.

Tajemstvím je takzvaný fotonový zpětný ráz. Představte si, co se děje při výstřelu: kulka letí jedním směrem a zbraň ucukne opačně. Stejný princip funguje i tady. Když tito miniaturní roboti pohltí světelné částice (fotony) a vyzáří je určitým směrem, dostanou nepatrný „kopanec" opačným směrem. Protože jsou tito roboti tak neuvěřitelně malí a lehcí, i sebemenší síla z každého fotonu vyvolá viditelný pohyb.

Roboti mají zabudované speciální nano-antény, které světlo pohlcují a pak ho vystřelují ven. Každý robot může mít až čtyři takové antény, což je činí překvapivě rychlými a obratnými na jejich velikost.

Řízení pomocí polarizovaného světla

Rychlost je fajn, ale jak vlastně takový mrňouský robot řídit?

Vědci přišli s chytrým trikem. Nanoboti mají v sobě zabudované nano-anténní drátky, které se přirozeně snaží zarovnat se směrem, kterým je světlo polarizované (polarizaci si představte jako „orientaci" světelných vln). Když tedy vědci změní polarizaci dopadajícího světla, dokážou ovládat, kterým směrem se nanorobot otočí. A photon recoil pak robota posune vpřed tím směrem.

Je to podobné, jako kdybyste řídili loďku — otáčíte kormidlem a motor vás zároveň tlačí dopředu. Robot se natočí a pak ho síla fotonů žene novým směrem.

Seznamte se s mikroskopickou čisticí četou

„V podstatě jsme postavili světlem poháněného nanorobota, který dokáže vyhledávat a sbírat bakterie," říká Jin Qin, hlavní experimentální vědec studie. „Zjednodušením konstrukce jsme dosáhli velikosti, při které mohou tito roboti operovat přímo v mikrobiálním světě — téměř jako mikroskopické čisticí zařízení."

A upřímně? Právě tady se mi rozjíždí fantazie.

Tito malí roboti dokážou selektivně uchopit bakterie, přenášet je a odkládat přesně tam, kam vědci potřebují. Zvládají ostré devadesátistupňové zatáčky, aby efektivně pročesávali vzorky. Pořád fungují i když nesou celou hromadu bakterií, i když se pod nákladem trochu zpomalí.

Profesor Bert Hecht, který výzkum vedl, to shrnuje takto: „Toto je výrazný příklad toho, jak lze světlo využít nejen k pozorování mikroskopického světa, ale také k jeho aktivnímu formování."

Co by to mohlo znamenat?

Pojďme se zamyslet nad tím, proč je to důležité — kromě toho, že je to prostě skvělá věda.

Mluvíme o technologii, která by jednou mohla pomáhat s čištěním biologických vzorků, přesnou manipulací s buňkami pro výzkum, nebo třeba i s cíleným úklidem v biomedicínských aplikacích. Tým rozhodně netvrdí, že postavil lékařský přístroj — ještě ne. Ale ukazují fyzikální principy, které by takové aplikace mohly jednou umožnit.

Zamyslete se nad tím: nanoboti, kteří by jednou mohli proplouvat vaším tělem, poháněni neškodným světlem, a sbírat škodlivé bakterie nebo doručovat léčbu přesně tam, kde je třeba. Jsme od toho ještě daleko, ale tenhle výzkum je krok správným směrem.

Co z toho plyne

Často slyšíme o slibech nanotechnologií, ale tady máme jeden z těch případů, kdy vědci ukazují skutečně fungující prototypy, které dělají užitečné věci. Tito světlem pohánění nanoboti už nejsou sci-fi — jsou skuteční, jsou nepatrní a dokážou lovit bakterie jako mikroskopičtí Pac-Mani.

Budoucnost medicíny a biologie možná bude poháněna pouhým světelným paprskem.