微小3Dプリントマイクロロボット、精密薬物送達への道を開く

ジョージア工科大、単一電磁コイルで塵粒子サイズの双方向制御ロボットを実現

ジョージア工科大学の研究者たちが、塵の粒子ほどのサイズのロボットが精密な双方向制御を実現できることを示しました。単一電磁コイルで生成される磁場の力を利用し、移動型マイクロロボットとしては最小クラスを実現しています。

「同サイズのスイマー・マイクロロボット（流体中を移動）は存在しますが、これらは固体表面上を移動する最小の『歩行』ロボットです」と、ジョージア工科大学電気コンピュータ工学部Sutterfieldファミリー若手キャリア助教授Azadeh Ansari氏。

ジョージア工科大学の研究は最近、Journal of Micro-Bio Roboticsに掲載されました。現在、ほとんどの磁気駆動マイクロボットシステムは、完全な制御のために複数の電磁石を追加することに依存しており、より高い消費電力と柔軟性の低いセットアップを招いています。単一コイルセットアップだけで精密な双方向運動制御が可能であることを実証したことは、Ansari氏によれば大きなハードルをクリアしたことになります。マイクロボットが操作しやすくなったことで、チームはマイクロマニピュレーション能力を実証できました。

「我々が示したことで、既にラボ環境でのマイクロボット応用を考えられます」とAnsari氏。「同じ基板上に数百のロボットが、アリのコロニーのように働くことができます。」

2019年春、Ansariチームはより大きい（2ミリ長）「マイクロ・ブリッスル・ボット」を披露しました。これは振動を利用して移動していました。振動はもはやマイクロボットの移動に不要です。アップデートされた「ロッカー」設計のおかげで──したがってマイクロ・ロッカー・ボット。新設計により、ボットは面外磁場でスティック・スリップ運動を実行して移動します。

スティック・スリップ運動は基本的にロボットの2つの状態を指します：表面上でピン留め/静止状態にある時と、ロボットが一方向にわずかに「滑り」正味の運動を達成する時です。磁場がオンになると、ロボットは本質的に浮き上がってから落下します。この運動により、ロボットが移動するのに十分な運動エネルギーが生み出されます。これは博士課程のTony Wang氏の説明です。

ロッカー設計と同様に重要なのが、論文で実証された波形オフセットの新規活用で、ロボット軌道の方向をバイアスします。磁場オフセットの符号（正または負）と、ロッカーの表面に対する角度が、マイクロボットの移動方向を決定します。これらが組み合わさることで、マイクロボットは良好に制御され、重要なことに選択可能な移動が可能になります。マイクロ・ロッカー・ボットの加速と減速は、磁場の周波数を変えることでさらに制御できます。

100マイクロメートル長のマイクロボットは、二光子リソグラフィでガラス基板上に3Dプリントされ、その後ニッケル薄膜が堆積され、外部磁場に応じて半硬質磁石として機能します。多くのラボアプリケーションでは、ロボットを顕微鏡下に置く基板に直接プリントできますが、マイクロピペットでプリント・輸送することも可能です。

「現在確立している2D、顕微鏡下プロセスでは、マイクロロボットを応用できる領域がたくさんあります」とAnsari氏。「しかし、生体内に注入して薬物送達や損傷修復を行う未来もあります。」

詳細情報はGeorgia Parmelee、ジョージア工科大学まで（メールアドレスはスパムボットから保護されています。表示にはJavaScriptが必要です。電話：404-281-7818）。