مجید جویا: مینیاتوری کردن موتورها تاکنون نتوانسته است به سرعت رشد صنعت الکترونیک پیش برود، در نتیجه این روبات‌های ریزاندام نتوانسته‌اند آن‌گونه که انتظار می‌رفت، در بدن انسان نقشی را به عهده بگیرند.
ولی به تازگی پژوهشگران موتوری را معرفی کرده‌اند که ابعادی به اندازه دوبرابر ضخامت یک تار موی انسان دارد. این بدان معناست که می‌توان از این موتورها استفاده کرد تا ریزروبات‌ها برای گشت و گذار در داخل بدن انسان به حرکت درآیند. گزارش این دستاورد برجسته در جدیدترین شماره نشریه مایکرومکانیک اند مایکروانجینیرینگ منتشر شده است.
برخی جراحی‌های خاص به دلیل انعطاف‌پذیر نبودن ابزارهای کنونی جراحی قابل انجام نیستند و یا اگر هم باشند، زمان زیادی صرف می‌کند و خطرهای بسیار به‌همراه دارد. برای مثال، شبکه هزارتوی عروق خونی در مغز انسان اجازه استفاده از کاترهایی را که در عروق خونی بزرگ‌تر و یا خارج از مغز مورد استفاده قرار می‌گیرند، نمی‌دهد.
رویای مینیاتوری
پژوهشگران مدتهای مدیدی با این رویا بسر می‌بردند که تمایل همگانی در عرصه فناوری به مینیاتوری کردن همه چیز، می‌تواند به ساخت روبات‌های مینیاتوری منجر شود که به سادگی در بدن انسان حرکت کنند. ولی تا به امروز این امر امکان‌پذیر نبود. دلیلش هم این بود که موتوری که بتواند آنها را به حرکت درآورد و خود نیز ابعادی چنین ریز داشته باشد، وجود نداشت.
وقتی ابعاد موتورهای الکتریکی معمولی را کم می‌کنیم و نمونه‌های کوچک‌تر آنها را می‌سازیم، کارایی‌شان به تدریج کاهش می‌یابد و وقتی که ابعاد این موتورها در حد و اندازه چند میلیمتر می‌شود، توان چرخیدن را از دست می‌دهند و حتی نمی‌توانند بر مقاومت و اصطکاک روتورهای خود غلبه کنند.
به اعتقاد جیمز فرند از دانشگاه موناش در استرالیا، این موضوع به مشکل اساسی توسعه ریزفناوری‌هایی نظیر ریزروبات‌های جراحی تبدیل شده است. وی می‌گوید: «اگر شما یک کاتالوگ تجهیزات الکترونیکی را ورق بزنید، با انواع و اقسام حسگر، ال.ای.دی، تراشه‌های حافظه و مواردی از این دست روبرو می‌شوید که جدیدترین‌ها را در عرصه فناوری و مینیاتوری کردن ابزارها نشان می‌دهند. ولی اگر به قسمت موتورها در کاتالوگ‌های الکتریکی یا مکانیکی نگاه کنید، تغییر چندانی نسبت به موتورهای سال 1950 نخواهید یافت.»
روش‌های قرن بیست و یکمی
برای حل این مساله، پژوهشگران در سالیان اخیر به استفاده از مواد پیزوالکتریک روی آورده‌اند. پیزوالکتریک‌ها معمولا به شکل کریستال‌هایی هستند که با اعمال ولتاژ، منبسط و منقبض می‌شوند. این ویژگی سبب می‌شود که ساخت موتورهای خطی بسیار ساده شود. این موتورها برخلاف موتورهای دورانی، با سرعت زیاد و فقط به جلو و عقب حرکت می‌کنند. پروفسور فرند در سال گذشته نتایج تحقیقی را در مورد ساخت یکی از این موتورها به ابعاد یک دانه نمک منتشر کرد.
ولی برای حرکت واقعی در بدن انسان، ریزموتورها باید بتوانند حرکت دورانی نیز داشته باشند. برای مثال، خیلی از انواع باکتری‌ها ساختار دم مانندی دارند که تاژک نامیده می‌شود. چرخاندن تاژک‌ها، آنها را با سرعت زیاد و با حرکتی مارپیچی به چرخش در می‌آورد که سبب می‌شود باکتری در جریان مایعات بدن شنا کند.
پژوهش‌های جدید با الهام از همین روش توانسته‌اند حرکت خطی موتورهای بسیار ریز پیزوالکتریک را به حرکت دورانی تبدیل کنند. این امر با وصل کردن موتور به ساختاری با برش مارپیچی انجام می‌پذیرد. چون این ساختار در امتداد شیار حلزونی نگاه داشته شده، وقتی یک انتهای آن به جلو رانده می‌شود، این حرکت تبدیل به حرکت دورانی می‌شود.
این حرکت دقیقا عکس حرکتی است که در نصب لامپ‌های حبابی استفاده می‌کنیم. در لامپ حبابی با چرخاندن سرپیچ، آن‌را جلو و عقب می‌بریم!
به اندازه 2 تار مو
نمونه اولیه‌ای که پژروهشگران ساخته‌اند، یک چهارم میلیمتر پهنا دارد که تقریبا برابر دو تار موی انسان است و 70 درصد از رکورد ثبت‌شده قبلی کوچک‌تر است.
متین سیتی، رییس آزمایشگاه نانوروباتیک در دانشگاه کارنگی-ملون، معتقد است سادگی و جامعیت این روش، کاربری‌های زیادی را در آینده نوید می‌دهد. به گفته وی «تمام روش‌ها و مفاهیم دیگر برای ساخت موتورهای ریز بسیار پیچیده بوده‌اند. ما می‌توانیم هم‌اکنون از امواج الکترومغناطیسی و سیم‌پیچ‌های خارجی برای چرخاندن موتورها در داخل مایعات استفاده کنیم، ولی در آن صورت شما نیاز به سیم‌پیچ‌های بزرگی در دو طرف تخت‌های جراحی خواهید داشت. مزیت این شیوه این است که نیاز به تحریک اولیه روتور ندارد و علاوه بر آن، از این سیم‌پیچ‌های بیرونی نیز خبری نخواهد بود. این روش می‌تواند یک روبات متحرک را بدون نیاز به تجهیزات جانبی به حرکت درآورد.»
ولی برخی از متخصصان سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی می‌گویند که علی‌رغم این‌که نمونه‌های اولیه در آزمایشگاه جواب خوبی داده‌اند و آزمایش‌ها موفقیت‌آمیز بوده، ولی کارایی آنها در داخل مایعات هنوز اثبات نشده است.
اگر موفقیت این روش ثابت شود، می‌توان از آن در کاربردهایی بیرون بدن انسان نیز استفاده کرد. پروفسور سیتی در این مورد می‌گوید: «این‌ها موتورهای سبک‌وزن با فرکانس بالا هستند، و این ویژگی‌ها برای روبات‌های پرنده نیز ایده‌آل محسوب می‌شوند.»
نظر شما