חוקרים מאוניברסיטת וירצבורג פיתחו רובוטים זעירים, קטנים ממיקרומטר אחד, שמונעים באמצעות רתע פוטונים ומסוגלים לתמרן חיידקים בסביבה נוזלית
רובוטים זעירים, הקטנים פי כ־50 מקוטר שערה אנושית, פותחים אפשרויות חדשות לעבודה ישירה בעולם המיקרוסקופי. במחקר חדש הצליחו חוקרים מאוניברסיטת יוליוס מקסימיליאן בווירצבורג, גרמניה, להדגים ננו־רובוטים המונעים באור, המסוגלים לאתר חיידקים, לאסוף אותם, להעביר אותם ממקום למקום ולשחרר אותם בנקודות מוגדרות.
הפיתוח מיועד להתמודד עם אחת הבעיות המרכזיות בחקר מערכות ביולוגיות זעירות: כיצד לשלוט בדיוק בגופים חיים קטנים מאוד, כמו תאים בודדים או חיידקים, בתוך סביבה נוזלית. עד כה, מניפולציה כזאת דרשה מערכות מורכבות, והייתה מוגבלת מאוד בגודל, בדיוק וביכולת התמרון. הננו־רובוטים החדשים מציעים דרך אחרת: שימוש באור גם כמקור אנרגיה וגם כאמצעי היגוי.
המחקר, שפורסם ב־Nature Communications, הובל על ידי צוותו של פרופ' ברט הכט מאוניברסיטת וירצבורג. החוקרים הסתמכו על עיקרון פיזיקלי עדין במיוחד: רתע של פוטונים. כאשר אור נבלע ונפלט בכיוון מסוים, כל פוטון יוצר כוח רתע זעיר. בגופים רגילים הכוח הזה כמעט חסר משמעות, אך כאשר מדובר בהתקנים בעלי מסה זעירה מאוד, אפילו דחיפה חלשה כזאת יכולה להניע אותם במהירות ולגרום להם להאיץ.
רובוט שנע מכוח פוטונים
בשלבים קודמים פיתח הצוות התקנים זעירים שכונו מיקרו־רחפנים. הם כללו עד ארבע ננו־אנטנות פלסמוניות, שקולטות אור בתכונות מסוימות ופולטות אותו בכיוון מוגדר. הפליטה המכוונת יוצרת את כוח הרתע שמניע את ההתקן. במחקר הנוכחי הצליחו החוקרים להקטין עוד יותר את הרובוטים, עד לגודל של פחות ממיקרומטר אחד, כלומר פחות מאלפית המילימטר.
פריצת הדרך המרכזית הייתה בפישוט מנגנון ההיגוי. במקום מערכת שליטה מורכבת, החוקרים ניצלו תכונה טבעית של חוטי האנטנה הננומטריים בתוך הרובוט. החוטים נוטים להתיישר לפי הקיטוב של האור הפוגע בהם. כאשר משנים את קיטוב האור, משתנה גם כיוון הרובוט. כך אפשר לשלוט בכיוון התנועה שלו, בזמן שההנעה עצמה ממשיכה להתבסס על רתע פוטונים.
ג'ין צ'ין, החוקר הניסויי הראשי במחקר, הסביר כי מדובר למעשה בננו־רובוט מונע אור שיכול לאתר ולאסוף חיידקים. לדבריו, פישוט העיצוב איפשר להגיע לגודל שבו הרובוטים יכולים לפעול ישירות בעולם המיקרוביאלי, כמעט כמו התקני ניקוי מיקרוסקופיים.
איסוף חיידקים ותמרון בסביבה נוזלית
הננו־רובוטים החדשים אינם רק זעירים, אלא גם זריזים מאוד. הם מסוגלים לבצע פניות חדות של 90 מעלות במהירות גבוהה, ולכן יכולים לסרוק שטחי דגימה גדולים באופן שיטתי ויעיל. בהמשך הם יכולים למשוך אליהם חיידקים, לשאת אותם, להעבירם למקום אחר ולשחרר אותם בצורה מבוקרת.
החוקרים מתארים זאת כמעין "ניקוי" של סביבה מיקרוסקופית בתנאי מעבדה. אין הכוונה לשואב אבק זעיר במובן המוכר, אלא למערכת שמאפשרת לאסוף חיידקים מתוך דגימה ולהעביר אותם לנקודות מוגדרות. יכולת כזאת עשויה לסייע למחקרים במיקרוביולוגיה, בביו־רפואה ובתחומים שבהם יש צורך להפריד, לרכז או לסדר תאים וחיידקים בדיוק גבוה.
גם כאשר הרובוטים נשאו צברים גדולים יחסית של חיידקים, הם נותרו ניתנים לשליטה. הם אמנם נעו מעט לאט יותר, אך המשיכו לתמרן ולשנות כיוון. ממצא זה חשוב משום שהוא מראה שהרובוטים אינם פועלים רק בתנאים אידיאליים, אלא מסוגלים לבצע עבודה ממשית גם כאשר הם נושאים מטען ביולוגי.
פרופ' הכט אמר כי המחקר מדגים כיצד אור יכול לשמש לא רק לצפייה בעולם המיקרוסקופי, אלא גם לעיצוב פעיל שלו. לדבריו, הרעיון של "מנקי חיידקים" זעירים נשמע עתידני, אך המחקר כבר מציג את העקרונות הפיזיקליים שמאפשרים זאת.
היישומים עדיין מחקריים, אך הכיוון ברור: ננו־רובוטים מונעי אור עשויים להפוך לכלי חדש בחקר חיידקים, תאים וחומרים ביולוגיים. בעתיד הם עשויים לסייע בביצוע ניסויים מדויקים יותר, בהפרדת אוכלוסיות חיידקים, בהובלת תאים או חלקיקים, ואולי גם בפיתוח שיטות חדשות לשליטה בסביבות מיקרוסקופיות מורכבות.
מקור מדעי: Jin Qin, Carsten Büchner, Xiaofei Wu and Bert Hecht, “A nanoscale robotic cleaner”, Nature Communications, 27 במרץ 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-70685-9
עוד בנושא באתר הידען:
