Robôs pequenos o suficiente para trabalhar no mundo microbiano poderiam oferecer aos cientistas uma nova maneira de controlar diretamente objetos que são impossíveis de manipular manualmente. Estas minúsculas máquinas são cerca de 50 vezes mais pequenas que o diâmetro de um fio de cabelo humano, aproximando os investigadores do seu antigo objetivo de interagir diretamente com o mundo microscópico.
Esta capacidade pode ser especialmente útil para materiais biológicos em água, incluindo células e bactérias. O controle preciso e o movimento de objetos nesta escala têm sido um desafio constante. Nanorrobôs recentemente desenvolvidos mostram que é possível coletar bactérias, transportá-las e liberá-las em locais pré-selecionados.
A luz alimenta e guia pequenos robôs
Um dos maiores obstáculos no desenvolvimento de máquinas tão pequenas é encontrar uma maneira eficiente de impulsioná-las e controlá-las. Na Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU), uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Bert Hecht está desenvolvendo uma solução que usa o recuo produzido por fótons únicos para mover dispositivos microscópicos conhecidos como microdrones.
Esses dispositivos contêm quatro nanoantenas plasmônicas. Essas antenas absorvem luz com uma cor e espiral específicas e depois emitem essa luz em uma direção específica. A deflexão de cada fóton cria uma pequena força de recuo, essencialmente semelhante ao recuo que ocorre quando uma bala é disparada. Como os microdrones têm muito pouca massa, essas forças muito pequenas podem gerar aceleração e velocidade significativas.
Para o trabalho mais recente, os pesquisadores reduziram ainda mais o tamanho de seus robôs ópticos, produzindo dispositivos menores que um micrômetro. Simplificar o sistema de direção foi uma parte importante para atingir esse tamanho, mantendo a propulsão baseada no recuo de fótons.
O novo método de controle usa fios de antena em escala nanométrica embutidos no robô. Esses fios tendem naturalmente a se alinhar com a direção de polarização da luz que entra. Ao alterar a polarização da luz, os pesquisadores podem controlar a direção que o nanorrobô segue. Ao mesmo tempo, o recuo do Photon continua a impulsioná-lo para frente, criando um sistema de direção que atua como o controle direcional usado em carros maiores.
Os nanorrobôs atuam como “limpadores microscópicos”.
“Essencialmente, construímos um nanorrobô movido a luz que pode rastrear e coletar bactérias”, disse Jane Kane, principal cientista experimental do estudo. Ao simplificar o design, chegámos ao ponto em que estes robôs podem trabalhar diretamente no mundo microbiano – quase como máquinas de limpeza microscópicas.
Os robôs também são altamente manobráveis. Eles podem realizar giros muito rápidos de 90 graus, ajudando-os a digitalizar grandes áreas da amostra de maneira organizada e eficiente. Eles também podem absorver, transportar e liberar seletivamente um número significativo de bactérias.
Sob condições controladas de laboratório, isso significa que os nanorrobôs podem efetivamente “limpar” ambientes microscópicos. Eles coletam bactérias de uma área e as selecionam em locais específicos.
“Este é um excelente exemplo de como a luz pode ser usada não apenas para observar o mundo microscópico, mas também para moldá-lo ativamente”, acrescenta Brett Hecht. A ideia de pequenos limpadores robóticos pode parecer futurista, mas já mostramos os princípios físicos que tornam isso possível.
Os robôs permanecem totalmente manobráveis mesmo quando transportam grupos maiores de bactérias, embora a sua velocidade diminua um pouco sob a carga adicional. Esta capacidade de manter a funcionalidade durante a transfecção de aglomerados bacterianos maiores aponta para possíveis usos futuros em microbiologia, pesquisa biomédica e manipulação precisa de materiais em escala microscópica.
