p Um novo estudo do laboratório de Thomas Mallouk mostra como foguetes em microescala, "alimentado por ondas acústicas e um motor de bolha a bordo, pode ser conduzido através de paisagens 3-D de células e partículas usando ímãs. A pesquisa foi uma colaboração entre pesquisadores da Penn e da Universidade de San Diego, o Instituto de Tecnologia Harbin em Shenzhen, e a Universidade Estadual da Pensilvânia, onde o estudo foi inicialmente conduzido, e foi publicado em Avanços da Ciência . p A história da origem dos minúsculos foguetes começou com uma questão científica fundamental:os cientistas poderiam projetar naves em nano e microescala que usam produtos químicos como combustível para viajar pelo corpo humano? Quinze anos de pesquisa por Mallouk e outros mostraram que a resposta curta era "sim, "mas os pesquisadores enfrentaram barreiras significativas para o uso dessas embarcações em aplicações biomédicas por causa dos produtos químicos que usavam como combustível, como peróxido de hidrogênio, eram tóxicos.

p Uma descoberta "acidental" levou Mallouk e seu grupo a se concentrar no uso de um tipo de combustível completamente diferente:as ondas sonoras. Ao tentar mover seus foguetes com levitação acústica, um processo usado para retirar partículas de uma lâmina de microscópio com ondas sonoras de alta frequência, o grupo ficou surpreso ao descobrir que o ultrassom fazia os robôs se moverem em velocidades muito rápidas. Mallouk e sua equipe decidiram investigar esse fenômeno mais a fundo para ver se eles poderiam usar ondas sonoras de alta frequência para alimentar seus minúsculos vasos.

p O artigo mais recente do grupo detalha o design dos foguetes em microescala, semelhante a um copo de fundo redondo de 10 mícrons de comprimento e cinco mícrons de largura, ou aproximadamente do tamanho de uma partícula de poeira. Os copos redondos são impressos em 3D usando litografia a laser e contêm uma camada externa de ouro e camadas internas de níquel e um polímero. O tratamento com um produto químico hidrofóbico após o ouro ser lançado faz com que uma bolha de ar se forme e fique presa dentro da cavidade do foguete.

p Na presença de ondas de ultrassom, a bolha dentro do foguete é excitada pela oscilação de alta frequência na interface água-ar, que transforma a bolha em um motor integrado. O foguete pode então ser dirigido usando um campo magnético externo. Cada foguete individual tem sua própria frequência ressonante, o que significa que cada membro de uma frota pode ser dirigido independentemente dos outros. Os minúsculos foguetes também são incrivelmente hábeis, capaz de subir escadas microscópicas e nadar livremente em três dimensões com a ajuda de barbatanas especiais.

p Uma das características mais exclusivas do foguete é a capacidade de mover outras partículas e células com grande precisão, mesmo em ambientes lotados. Os vasos robóticos podem empurrar as partículas na direção desejada ou usar uma abordagem de "raio trator" para puxar objetos com uma força atrativa. Mallouk diz que a capacidade de empurrar objetos sem perturbar o meio ambiente "não estava disponível em uma escala maior, "acrescentando que a abordagem do feixe trator usada por navios de grande porte não é tão boa em movimentos precisos." Há muito controle que você pode fazer nesta escala de comprimento, " ele adiciona.

p Com este tamanho particular, os foguetes são grandes o suficiente para não serem afetados pelo movimento browniano, os movimentos aleatórios e erráticos experimentados por partículas na faixa de tamanho nanométrico, mas são pequenos o suficiente para mover objetos sem perturbar o ambiente ao seu redor. "Nesta escala de comprimento particular, estamos bem no ponto de cruzamento entre quando a energia é suficiente para afetar outras partículas, "diz Mallouk.

p Ao aumentar ou diminuir a quantidade de "combustível" acústico que os pesquisadores fornecem aos foguetes, eles também podem controlar a velocidade das pequenas embarcações. "Se eu quiser ir devagar, Eu posso desligar a energia, e se eu quiser que vá muito rápido, Eu posso ligar a energia, "explica Jeff McNeill, um estudante de graduação que trabalha em projetos de motores em nano e microescala. "Essa é uma ferramenta realmente útil."

p Mallouk e seu laboratório já estão explorando uma série de possíveis áreas de pesquisas futuras, incluindo maneiras de acionar os foguetes com luz, e fazendo foguetes ainda menores que seriam mais rápidos e mais fortes para seu tamanho. Futuras colaborações com engenheiros e roboticistas da Penn, incluindo Dan Hammer, Marc Miskin, Vijay Kumar, James Pikul, e Kathleen Stebe, poderia ajudar a tornar os foguetes "inteligentes", permitindo-lhes equipar as naves com chips de computador e sensores para dar-lhes autonomia e inteligência.

p Enquanto o grupo considera o amplo potencial médico do micro-foguete, de imagens médicas à nano-robótica, Mallouk diz:"Gostaríamos de ter robôs controláveis ​​que pudessem realizar tarefas dentro do corpo:entregar remédios, artérias enraizadoras de rotor, espionagem diagnóstica. "