Mesin terkecil di dunia dapat menggerakkan robot mikroskopis

Para ilmuwan telah menciptakan mesin praktis terkecil di dunia, dan mesin bertenaga ringan ini suatu hari nanti dapat menggerakkan robot mikroskopis yang cukup kecil untuk memasuki sel hidup, kata para peneliti.

Sebagai inovasi teknologi membuat perangkat semakin kecil, para ilmuwan mengembangkan mesin yang hanya berukuran molekul kompleks—skala nanometer, atau sepersejuta meter. Sebagai perbandingan, rata-rata rambut manusia memiliki lebar sekitar 100.000 nanometer.

Salah satu alasan utama”robot nano” Tetap berada dalam dunia fiksi ilmiah, menemukan cara untuk membuat mereka bergerak merupakan sebuah tantangan. Para peneliti telah mencoba menggunakan berbagai sumber tenaga dan sistem propulsi untuk nanoteknologi, namun mereka biasanya kekurangan kecepatan, tenaga, dan kendali.

“Ada banyak mesin kecil, namun mereka bekerja sangat lambat – misalnya, dibutuhkan beberapa detik atau menit untuk menggerakkan satu lengan – dan dengan gaya yang sangat rendah,” kata Jeremy Baumberg, direktur NanoPhotonics Center di Universitas Cambridge dan senior penulis studi baru. “Itulah mengapa kita tidak memiliki nanobot, meskipun mereka banyak dibahas dalam fiksi.”

Nanobot memerlukan kekuatan yang kuat untuk bergerak karena viskositas cairan dapat meningkat drastis pada skala nano. “Untuk mesin nano yang mengapung di air, berenang seperti kita berenang di genangan saudara kandung (campuran molase, gula, dan sirup jagung) – sangat, sangat kental – jadi Anda memerlukan kekuatan yang sangat besar untuk bergerak, kata Baumberg kepada Live Science.

Mesin baru ini terbuat dari partikel kecil emas yang hanya berdiameter 60 nanometer. Partikel-partikel ini disatukan oleh gel berisi air yang terbuat dari senyawa peka panas. Ketika dipanaskan dengan laser hijau hingga lebih dari 95 derajat Fahrenheit (35 derajat Celcius), gel tersebut mengeluarkan air, berkontraksi dalam waktu satu mikrodetik, dan memaksa nanopartikel emas menjadi kelompok padat dengan lebar sekitar 400 nanometer. Ketika mesin didinginkan, gel menyerap air dan mengembang, dan nanopartikel emas terdorong terpisah dengan kuat dan cepat, seperti pegas, jelas para peneliti.

“Ini seperti sebuah ledakan,” penulis utama studi Tao Ding, seorang peneliti di NanoPhotonics Center Universitas Cambridge, mengatakan dalam sebuah pernyataan. “Kami memiliki ratusan bola emas yang terbang terpisah dalam sepersejuta detik ketika molekul air mengembangkan polimer di sekitarnya.”

Kekuatan yang diberikan oleh mesin-mesin baru ini beberapa kali lipat lebih besar daripada yang terlihat pada skala nano dari perangkat sebelumnya, dengan kekuatan yang dihasilkan hampir 100 kali lebih baik daripada mobil atau otot mana pun, kata para peneliti.

“Mereka adalah mesin nano yang paling kuat hingga saat ini,” kata Baumberg. Perangkat ini juga hemat energi, biokompatibel, dan hemat biaya untuk pembuatannya, tambah para ilmuwan.

Mesin baru ini disebut nanotransduser yang digerakkan, atau ANT. “Seperti semut sungguhan, mereka menghasilkan kekuatan yang besar untuk bobotnya,” kata Baumberg dalam sebuah pernyataan.

Kini para peneliti sedang mencari cara untuk memanfaatkan ANT untuk aplikasi di dunia nyata. Misalnya, para peneliti dapat memanfaatkan ekspansi dan kontraksi ANT untuk membantu menggerakkan piston dan tuas, kata Baumberg.

Penelitian di masa depan juga dapat mengutak-atik ANT berdasarkan nanopartikel yang berbeda, kata Baumberg. “Kami tentu saja tidak membutuhkan emas, dan kami telah berhasil menggunakan perak, namun kami akan mencoba nikel dan tembaga,” ujarnya.

Para peneliti saat ini bekerja sama dengan Cambridge Enterprise, cabang komersialisasi Universitas Cambridge, serta beberapa perusahaan lain, untuk mengkomersialkan teknologi ini untuk aplikasi yang melibatkan manipulasi dan pengendalian cairan.

“Chip mikrofluida sangat menarik untuk sintesis obat-obatan, penginderaan dan pemisahan biomedis, serta banyak proses biokimia lainnya,” kata Baumberg. “Tetapi semua pompa dan katup saat ini harus dibuat dengan hidrolik, jadi Anda harus memasukkan pipa ke dalam chip ke masing-masing pompa, yang sangat membatasi kerumitan apa pun yang Anda lakukan dengannya. Kami yakin sekarang kami dapat membuat pompa dan katup dari bahan-bahan tersebut. masing-masing semut dikendalikan oleh seberkas cahaya, dan kita bisa memiliki ribuan semut dalam satu chip.”

Di luar aplikasi mikrofluida, “para ilmuwan sedang mencari cara untuk membuat mesin nano kecil yang dapat berjalan, dikendalikan oleh berkas cahaya,” tambah Baumberg.

Para ilmuwan mempublikasikan temuan mereka secara online pada 2 Mei di jurnal Prosiding National Academy of Sciences.

Hak Cipta 2016 Ilmu Hidup, sebuah perusahaan pembelian. Seluruh hak cipta. Materi ini tidak boleh dipublikasikan, disiarkan, ditulis ulang, atau didistribusikan ulang.