Идею плавающих наноботов подсмотрели у рыб
Китайские и американские ученые разработали металлическую «нанорыбу», которая плавает под действием внешнего магнитного поля. Устройство планируется использовать в наноинженерии и медицине. Результаты работы опубликованы в журнале Small.
Магнитный привод широко используется в подвижных наноустройствах, поскольку позволяет с достаточной точностью управлять ими дистанционно без нарушения целостности живых тканей. К настоящему времени созданы подобные устройства, способные передвигаться по твердой поверхности или в жидкой среде. Существующие плавающие наноботы приводятся в движение магнитными спиралями, напоминающими жгутики бактерий, или гибким «хвостом» из магнитных наночастиц на полимерной основе.
Сотрудники Харбинского технологического института и Калифорнийского университета в Сан-Диего решили повысить эффективность плавающих магнитных наноботов, используя принцип движения рыб. Благодаря сегментарной мускулатуре они совершают гибким туловищем и хвостовым плавником волнообразные движения, которые напрямую преобразуются в тягу.
Ученые создали «нанорыб», состоящих из золотых «головы» и «хвоста», между которыми находятся два подвижных магнитных сегмента из никеля. Все части устройства соединены друг с другом гибкими шарнирами из пористого серебра. Такую конструкцию изготовили электроосаждением на алюминиевых нанопорах. Устройство имеет длину 4,8 микрометра и диаметр 200 нанометров.
Под действием внешнего переменного магнитного поля «нанорыба» совершает периодические волнообразные движения «туловищем» и «хвостом». Они обеспечивают ей скорость более 30 микрометров в секунду. При этом за один цикл движения устройство продвигается на расстояние в 0,6 собственной длины, что значительно эффективнее работы других магнитных наноботов.
Как пишут исследователи, их разработка может найти применение в наноинженерии (для различных манипуляций и сборок) и медицине (для воздействия на отдельные клетки, проведения микрохирургических операций или целенаправленной доставки лекарств к месту действия). Однако для медицинского применения необходимо найти способ удаления «нанорыб» из организма после окончания работы, поскольку в нынешнем виде устройства не разлагаются в живых тканях.
Научные коллективы не только черпают идеи для наноустройств у биологических объектов, но и используют их самих в качестве своеобразных наноботов. Так, для прицельной доставки лекарств предлагали использовать бактерии, чувствительные к магнитному полю и уровню кислорода, а также модифицированные диатомовые водоросли. Недавно группа израильских ученых представила нанороботов из ДНК-оригами, которые способны не только целенаправленно доставлять препарат, но и высвобождать его по потребности силой мысли. Ранее немецкие исследователи улучшили подвижность сперматозоидов спиральными наноботами.
Олег Лищук
Одного заряда батареи хватит на 40 минут подводного плавания
Компания CudaJet разработала подводный электрический реактивный ранец для быстрого плавания под водой. Он надевается на спину пловца и позволяет передвигаться под водой на глубине до 40 метров со скоростью до трех метров в секунду. Одной зарядки батареи подводного джетпака хватает на 40 минут работы, сообщает New Atlas. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Обычно джетпаками (реактивными ранцами) называют персональные летательные аппараты, которые надеваются на спину и поднимают человека в воздух за счет реактивной тяги. Но этот же способ передвижения можно использовать и под водой. Более того, так как в водной среде не требуется поднимать вес тела человека, то устройство может быть достаточно компактным по размеру. В 2018 году студент британского Университета Лафборо Арчи О’Брайан создал прототип электрического реактивного подводного ранца Cuda. За прошедшее время прототип был доработан и началось серийное производство его финальной версии под названием CudaJet. Масса подводного джетпака составляет 13,2 килограмм, он крепится на спине жилета массой от 1,5 до 1,7 килограмм (в зависимости от размера). За реактивное движение под водой отвечает водяная помпа, всасывающая воду через водозаборник в верхней части и выталкивающая ее через два сопла, расположенные в нижней части ранца, развивая при этом 40 килограмм тяги. Пловец управляет тягой с помощью проводного ручного контроллера, а направление движения меняется с помощью положения тела. CudaJet позволяет пловцу не прилагая усилий разгоняться под водой до трех метров в секунду. Устройство рассчитано на максимальную глубину погружения 40 метров. Одной зарядки батареи в течение 75 минут хватает на 40 минут работы под водой. Базовая версия джетпака в интернет-магазине компании стоит 14 тысяч фунтов стерлингов. Помимо реактивных ранцев существует другой тип персональных летательных аппаратов — ховерборд. Он выглядит как летающая платформа, на которой пилот стоит во время полета. В 2019 году основатель компании Zapata, занимающейся разработкой персональных летательных аппаратов, пересек Ла-Манш на ховерборде собственной разработки.