کپسولی که مثل غلاف بذر می‌ترکد
ریزربات‌های (microrobots) مغناطیسی ریز شاید روزی بتوانند در لولهٔ گوارش حرکت کنند تا دارو برسانند، ضایعه‌ای را درمان کنند یا تصویر بگیرند. اما نخست باید سالم به آنجا برسند — در امان از اسید، مخاط و هم‌خوردن معده — و سپس در نقطهٔ درست به‌سرعت آزاد شوند. کپسول‌های امروزی یا موتور، فنر و الکترونیک در خود جا می‌دهند و جای کمی برای محموله باقی می‌گذارند، یا بر مواد «هوشمندی» تکیه می‌کنند که باز شدنشان دقیقه‌ها تا ساعت‌ها طول می‌کشد.
منگ‌فان ژانگ، زیکه چن، روی شیائو، گوئو‌یونگ مائو و همکارانشان در دانشگاه ژجیانگ در هانگژو راه‌حل خود را در یک گیاه گلدار یافتند.
ترفند غلافی که می‌ترکد
وقتی غلاف بذر Impatiens balsamina رسیده است، تماسی جزئی آن را می‌ترکاند: دریچه‌هایش در یک چشم بر هم زدن به درون پیچ می‌خورند و بذرها را پرتاب می‌کنند. در گونه‌های خویشاوند، بذرها با سرعت حدود 1 تا 4 متر بر ثانیه جدا می‌شوند. اصل کار یک فنر قفل‌شده است: دریچه‌های خمیده انرژی کشسانی ذخیره می‌کنند و بافت پیرامون نقش قفل را بازی می‌کند. قفل را رها کنید، انرژی ذخیره‌شده همهٔ کار را انجام می‌دهد.
سه قطعه
کپسول این طراحی را با سه بخش تقلید می‌کند:
- یک گنبد نرم سیلیکونی که هنگام سرهم‌بندی پشت‌ورو می‌شود — این فنر است؛
- یک پایهٔ پلاستیکی چاپ سه‌بعدی، استوانه‌ای با پهنای 8 میلی‌متر و ارتفاع 5 میلی‌متر، با محفظه‌ای کوچک برای ربات‌ها؛
- حلقه‌ای از ژل ساخته‌شده از ژلاتین، کاراگینان و نانوذرات اکسید آهن — این قفل است.
زیر یک میدان مغناطیسی متناوب، نانوذرات ژل را گرم می‌کنند. ژل نرم می‌شود و از درون پاره می‌شود، گنبد به شکل اولش برمی‌جهد و کپسول باز می‌ترکد. ژلاتین خالص بین 30 و 36 درجهٔ سلسیوس ذوب می‌شد، بسیار نزدیک به دمای بدن؛ افزودن کاراگینان ژل را در 37 درجه سفت نگه می‌دارد و گذار به مایع در 51.6 درجهٔ سلسیوس رخ می‌دهد.
درست کردن فنر
بخش دشوار، مکانیکی بود. یک گنبد وارونه می‌تواند دوپایدار (bistable) باشد — یعنی پس از فشرده شدن وارونه بماند — و آنگاه هرگز دوباره باز نمی‌شد. باید تک‌پایدار (monostable) باشد، یعنی همیشه برگردد. اما گنبدی بیش از حد سفت پیش از رهاسازی ژل را پاره می‌کرد. گروه با شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای نقشه‌ای کشید از اینکه کدام شکل‌ها دوپایدار یا تک‌پایدارند، و دریافت که یقه‌ای که برای چسباندن گنبد به کار می‌رود آن را به سوی دوپایداری می‌راند، پس گنبد باید از یک پوستهٔ درسنامه‌ای ضخیم‌تر باشد. گنبد نهایی آن‌ها: 2.6 میلی‌متر ارتفاع و 1.5 میلی‌متر ضخامت روی نیم‌دهانه‌ای 5 میلی‌متری. چنین گنبدی وقتی با موچین رها شود، با سرعت 1.21 متر بر ثانیه پرواز می‌کند و ظرف 100 میلی‌ثانیه کاملاً جدا می‌شود.
از یک مسیر چاپ‌شده تا معدهٔ یک خوک
در آزمون کامل، یک آهنربا کپسول بسته را در امتداد مسیری چاپ سه‌بعدی، در حدود 70 ثانیه، به هدفش می‌لغزاند. سپس میدان متناوب ژل را از حدود 20 تا 41 درجهٔ سلسیوس گرم می‌کند. کپسول کمتر از 50 میلی‌ثانیه پس از نرم شدن ژل باز می‌شود و ربات‌ها با سرعت حدود 1.0 متر بر ثانیه بیرون پرتاب می‌شوند — پایین‌ترین حد گسترهٔ بذرها. سپس یک آهنربا آن‌ها را به سوی نقاط برگزیده جمع می‌کند. «ربات‌ها» در اینجا قطعه‌های کوچکی از الاستومر مغناطیسی‌اند.
روی معدهٔ خوک بیرون از بدن، کپسول هنگام هدایت روی بافت بسته ماند و با فرمان باز شد. بافت نرم و چسبناک بخشی از انرژی را جذب کرد: سرعت پرتاب در آغاز به حدود 0.5 متر بر ثانیه کاهش یافت. ربات‌های آزادشده همچنان می‌توانستند روی سطح هدایت شوند. اگر کپسول وارونه قرار گیرد، به‌آرامی و بی‌آنکه چیزی پرتاب کند باز می‌شود و آهنربا ربات‌ها را بیرون می‌کشد — حالتی ملایم‌تر.
نویسندگان آنچه را باقی مانده برمی‌شمارند: هیچ آزمونی روی حیوان زنده، رفتار ناشناختهٔ ژل در اسید معده و مایعات گوارشی، و ژل محکم‌تری که در دمای بالاتری هم ذوب می‌شود. چهار نفر از آن‌ها — مائو، ژانگ، چن و شیائو — درخواست ثبت اختراع برای این کپسول داده‌اند.