Созданы питаемые энергией химических реакций нанороботы, способные «чувствовать» окружающую среду и восстанавливать невидимые глазу повреждения в схемах

Не всем автономным роботам требуется искусственный интеллект для функционирования. На молекулярном уровне нанороботы могут делать довольно впечатляющие вещи даже без программного кода, диктующего каждое их действие. Они выполняют приказы разработчиков, потому что физические законы окружающей среды заставляют их делать это.

Используя подобные причуды природы, учёные создали нанороботов, которые могут восстанавливать мельчайшие повреждения в схемах, которые настолько малы, что их не может разглядеть человеческий глаз. Такой микроремонт позволяет обеспечить более длительный срок хранения современных электронных устройств, но в случае успеха для автономных нанороботов открываются большие перспективы. В скором будущем их можно будет использоваться в самовосстанавливающихся материалах и для доставки лекарственных веществ в организм человека.

К этой идее разработчиков Джозефа Вана из Университета Калифорнии в Сан-Диего и Анну Балаш из Университета Питтсбурга подтолкнули примеры из природы. При порезе на коже тромбоциты в крови зондируют рану и начинают собираться вместе, чтобы инициировать процесс заживления. Учёные подумали, что можно создать крошечных роботов, которые могут делать что-то подобное.

Они начали с частиц Януса, сделанных из золота и платины. Эти сферические нанороботы (или «наномоторы», как называют их исследователи) в тысячи раз меньше булавочной головки и имеют две поверхности с разными свойствами. Эта их особенность очень важна для обеспечения функуционирования нанороботов именно таким образом, как это нужно разработчикам.

Когда эти частицы попадают в раствор, содержащий перекись водорода, платиновая половинка частиц вступает в реакцию с химическими веществами, в результате чего высвобождается кислород. Реакция происходит настолько быстро, что получаемый кислород разгоняет нанороботов аналогично тому, как ракетное топливо ускоряет реактивный двигатель.

Для того, чтобы проверить, будут ли частицы Януса в химическом составе выполнять их задание, Ван и Балаш создали простую схему, подключающую батарею к светодиоду. Затем они разорвали цепь, сделав мелкую царапину, которая была меньше одной десятой ширины человеческого волоса. Когда частицы и раствор перекиси водорода вылили на цепь, наноботы начали свою работу.

Примерно через 30 минут учёные удалили раствор и замкнули цепь – светодиод светился, свидетельствуя о её работоспособности. В другой разомкнутой цепи простое добавление частиц Януса без раствора перекиси водорода не приводило к её восстановлению. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nano Letters.

Компьютерная модель эксперимента показала, что частицы, движущиеся случайным образом, не могли бы восстановить цепь. Исследователи Ван и Балаш считают, что царапины на поверхности схемы создали разность поверхностных энергий, которую улавливает золотая сторона нанороботов. Эта разность энергий (создаваемая изменениями молекулярных сил) движет нанороботов к месту разрыва, где они попадают в ловушку.