Trung Quốc: Chế tạo thành công ''robot'' thao tác trên quy mô micromet với độ chính xác cao nhất từ trước đến nay

Trong một nghiên cứu mới đăng trên tạp chí khoa học Small, các nhà khoa học Trung Quốc cho biết họ đã chế tạo được một robot có thể hoạt động trên quy mô nhỏ nhất từ trước đến nay, với độ chính xác chưa từng được ghi nhận.

Robot có thể thu nhỏ kích thước của nó to nhỏ tùy thích, từ khoảng một phần tư đường kính sợi tóc xuống đến vài micromet. Nó có thể thực hiện một loạt các nhiệm vụ trong môi trường giàu nước, chẳng hạn như chế tạo mô nhân tạo trong khay thí nghiệm hoặc sửa đổi phôi thai.

Điều gì khiến nó có được các tính chất đặc biệt ấy? Đó là bởi con robot này thực ra là một bong bóng được điều khiển bằng tia laser.

Dai Liquo, tác giả nghiên cứu đang làm việc tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Robot Trọng điểm tỉnh Liêu Ninh cho biết: Robot bong bóng có thể phục vụ trong nhiều lĩnh vực như cấy ghép mô, y học tái tạo và nghiên cứu sinh học. Nó cũng sẽ giúp đơn giản hóa và giảm giá thành của việc sửa đổi các tế bào trong phòng thí nghiệm. 

Vậy làm thế nào mà các bong bóng kì diệu có thể làm điều đó?

Trung Quốc: Chế tạo thành công robot thao tác trên quy mô micromet với độ chính xác cao nhất từ trước đến nay

Từ trước đến nay, các thao tác vi mô trong lĩnh vực y sinh, chẳng hạn như cấy ghép mô, chế tạo mẫu thí nghiệm, chỉnh sửa gen hay thậm chí thụ tinh nhân tạo đều được thực hiện bằng kim.

Các đầu kim đã liên tục được thu nhỏ nhưng vẫn cần được điều khiển bằng tay dưới kính hiển vi. Các kỹ thuật viên với nhiều năm kinh nghiệm sẽ trực tiếp thao tác trên mẫu phẩm sinh học. Nhưng ngay cả khi đã trở thành một kỹ thuật viên lành nghề nhất, bạn cũng khó có thể tránh khỏi những sai sót.

Hãy tưởng tượng một bàn tay khổng lồ phải thực hiện những di chuyển trên quy mô tính bằng một phần mười sợi tóc.

Không có các công cụ thao tác chính xác dưới quy mô này là một rào cản đang kìm hãm sự phát triển của lĩnh vực mô nhân tạo và nhân bản. Nó khiến cho các nghiên cứu trong lĩnh vực này trở nên tốn kém, khó tiến tới vì dễ thất bại. Thông thường, chỉ có dưới 10% sinh vật nhân bản sống sót.

Các nhà khoa học đang thụ tinh nhân tạo bằng một đầu kim dưới kính hiển vi

Bây giờ, các nhà khoa học Trung Quốc hi vọng robot bong bóng của mình sẽ giải quyết được những hạn chế này. Mặc dù, ở giai đoạn này, chúng vẫn hoạt động tương đối khó khăn, đòi hỏi sự kết hợp hoàn hảo giữa nhiệt độ, thời gian và loại thấu kính laser được sử dụng.

Robot bong bóng được tạo ra bằng nhiệt lượng mà tia laser phát ra. Cường độ của chùm tia sẽ xác định kích thước của nó. Nghĩa là bạn có thể tùy chỉnh độ to nhỏ của con robot bong bóng chỉ bằng các thông số nhập vào máy tính.

Các cử động của robot theo sau chuyển động của chùm laser. Khi chùm tia di chuyển đến đâu, robot bong bóng sẽ theo sau tới đó.

Nhưng hoạt động của con robot này vẫn đặt ra một thách thức khác cho nhóm nghiên cứu. Các nhà khoa học nhận thấy rằng khoảng thời gian hoạt động ổn định của nó chỉ kéo dài vài phút. Điều này khiến nó vẫn gặp hạn chế trong các nhiệm vụ thao tác và lắp ráp cấu trúc vi mô.

Để khắc phục, các nhà khoa học Trung Quốc đã phải phát triển một mô hình để dự đoán các đặc điểm và hành vi vật lý của bong bóng. Nghĩa là lấy chất lượng bù lại số lượng, điều này sẽ cho phép họ đạt được sự kiểm soát chính xác với robot bong bóng để hoàn thành được một loạt các nhiệm vụ trong khoảng thời gian ngắn ngủi.

Trong một thí nghiệm sử dụng robot bong bóng, nhóm nghiên cứu đã đẩy được một khối mô nhân tạo, xoay nó, lật nó đứng thẳng dậy hoặc ráp các mảnh lại với nhau như một trò chơi ghép hình.

Nhưng từ bây giờ cho tới lúc công nghệ này sẵn sàng để ứng dụng đại trà, sẽ vẫn còn nhiều việc phải làm.

"Các thao tác ba chiều không phải lúc nào cũng thành công... với kích thước (đối tượng) càng lớn thì tỷ lệ thành công càng thấp, và thời gian cần để hoàn thành thao tác càng kéo dài", các nhà nghiên cứu đã viết.

Hệ thống robot bong bóng thao tác trên quy mô siêu nhỏ của các nhà khoa học Trung Quốc

He Rong, phó giáo sư tại Trường Vi Điện tử thuộc Đại học Giao thông Thượng Hải, nhận định: Công nghệ do nhóm của Dai phát triển rất sáng tạo nhưng cũng "đầy thử thách".

Không có nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới có thể làm được những gì mà các nhà khoa học Trung Quốc đã làm. Nó đòi hỏi một hệ thống laser tiên tiến và các thiết bị tinh vi khác, và tất cả đều cần phải hoạt động liền mạch với nhau, He Rong nói.

Mặc dù các robot bong bóng còn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu, He Rong đã nhìn thấy một tiềm năng rất lớn của công nghệ này. Nó có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực liên quan đến lắp ráp và thao tác bằng kính hiển vi, chẳng hạn như nhân bản sinh vật và chế tạo các bộ phận nhân tạo.

Tham khảo Scmp