De la sănii cu câini la căruțe trase de cai, animalele trag vehicule de mii de ani. Astăzi, această practică ancestrală a căpătat o dimensiune microscopică datorită oamenilor de știință de la Universitatea din Tokyo. Prin exploatarea capacităților de înot rapid ale algelor unicelulare, cercetătorii au proiectat vehicule microscopice capabile să fie tractate de acestea, ceea ce deschide noi perspective pentru micromecanică și nanotehnologie. Ele au fost prezentate într-un articol publicat în revista Small.
Algele unicelulare, în special Chlamydomonas reinhardtii, sunt cunoscute pentru capacitatea lor rapidă de înot, care poate atinge mai mult de 100 de micrometri pe secundă. Intrigata de această viteză impresionantă, o echipă de cercetare de la Universitatea din Tokyo condusă de Naoto Shimizu s-a gândit să canalizeze această energie naturală pentru a alimenta micromașinile pentru aplicații în inginerie și cercetare. Pentru ca această viziune să devină realitate, cercetătorii au trebuit mai întâi să proiecteze un dispozitiv capabil să prindă algele fără a le împiedica mobilitatea. După mai multe teste, au dezvoltat o capcană în formă de coș compusă din trei inele de 7, 10 și 13 micrometri. Algele sunt prea mari pentru a intra prin cel mai mic inel, dar își pot extinde flagelii, anexele în formă de bici pe care le folosesc pentru a înota. Acest design ingenios permite algelor să rămână captive în timp ce își păstrează capacitatea de mișcare.
Odată ce capcanele au fost proiectate, cercetătorii le-au atașat la două modele de vehicule microscopice. Primul, poreclit „scuterul”, folosește două capcane pentru alge pentru a trage o cutie mică ca un cărucior. Al doilea model, numit „rotator”, este o structură circulară asemănătoare cu o roată Ferris cu patru capcane dispuse în jurul ei, care permite propulsia rotativă. În practică, modelul rotator a funcționat conform așteptărilor, înaintând cu o viteză de 20 până la 40 de micrometri pe secundă. Cu toate acestea, scuterul, care trebuia să se miște în linie dreaptă, a arătat comportamente neașteptate, rostogolindu-se și răsturnându-se. În ciuda acestor dificultăți, rezultatele obținute sunt promițătoare și demonstrează potențialul algelor ca sursă de propulsie pentru micromașini.
Profesorul Shoji Takeuchi, conducătorul proiectului, prevede aplicații mult dincolo de simpla demonstrație a tehnologiei. Aceste micromașini conduse de alge ar putea juca într-adevăr un rol crucial în monitorizarea mediului acvatic. De exemplu, ele ar putea fi folosite pentru a transporta substanțe, precum nutrienți sau poluanți, permițând astfel gestionarea precisă a ecosistemelor acvatice. Cercetătorii speră, de asemenea, să dezvolte micromașini mai complexe capabile să se miște în moduri variate pentru a facilita studiul detaliat al algelor și al comportamentelor acestora. În plus, aceste inovații ar putea deschide calea pentru noi metode de curățare a mediilor acvatice poluate prin utilizarea microorganismelor pentru a muta și concentra poluanții în zonele de tratare.
