KAPSULI INAYOPASUKA KAMA GANDA LA MBEGU

Mikroroboti midogo ya sumaku siku moja inaweza kusafiri ndani ya njia ya mmeng’enyo ili kufikisha dawa, kutibu jeraha au kupiga picha. Lakini kwanza lazima ifike pale ikiwa salama — ikilindwa dhidi ya asidi, kamasi na mvurugiko wa tumbo — na kisha iachiliwe haraka mahali sahihi. Kapsuli za leo ama hubeba mota, springi na vifaa vya kielektroniki, zikiacha nafasi ndogo kwa mzigo, ama hutegemea vifaa “werevu” vinavyochukua dakika hadi saa kufunguka.

Mengfan Zhang, Zike Chen, Rui Xiao, Guoyong Mao na wenzao katika Chuo Kikuu cha Zhejiang, huko Hangzhou, walipata suluhisho lao katika mmea unaotoa maua.

Ujanja wa ganda linalopasuka

Ganda la mbegu la Impatiens balsamina likikomaa, mguso mdogo hulifanya lipasuke: vipande vyake hujikunja ndani kwa kufumba na kufumbua na kurusha mbegu. Katika spishi zinazohusiana, mbegu huondoka kwa takriban mita 1 hadi 4 kwa sekunde. Kanuni ni springi iliyofungiwa: vipande vilivyopinda huhifadhi nishati nyumbufu, na tishu inayozunguka hufanya kazi kama kifungio. Achilia kifungio, na nishati iliyohifadhiwa hufanya kazi yote.

Vipande vitatu

Kapsuli inaiga muundo huu kwa sehemu tatu:

• kuba laini la silikoni, lililogeuzwa ndani nje wakati wa kuunganisha — hiyo ndiyo springi;
• kitako cha plastiki kilichochapishwa kwa 3D, silinda yenye upana wa milimita 8 na urefu wa milimita 5, yenye chumba kidogo cha roboti;
• pete ya jeli iliyotengenezwa kwa gelatini, karajinani na nanochembe za oksidi ya chuma — hiyo ndiyo kifungio.

Chini ya uga wa sumaku unaopishana, nanochembe hupasha jeli joto. Hulainika na kuchanika kutoka ndani, kuba hujirudisha katika umbo lake, na kapsuli hupasuka. Gelatini tupu ingeyeyuka kati ya 30 na 36 °C, karibu mno na joto la mwili; kuongeza karajinani huifanya jeli ibaki imara kwa 37 °C, ikigeuka kuwa kimiminika kwa 51.6 °C.

Kuifanya springi iwe sawa

Sehemu ngumu ilikuwa ya kimekanika. Kuba lililogeuzwa linaweza kuwa lenye hali-thabiti mbili (bistable) — likibaki limegeuzwa mara likisukumwa — na hapo halingefunguka tena kamwe. Lazima liwe lenye hali-thabiti moja (monostable), likirudi kila mara. Lakini kuba gumu mno lingechana jeli kabla ya kichochezi. Kwa kutumia uigaji wa kompyuta, timu ilichora ramani ya maumbo yapi ni ya hali-thabiti mbili au moja na ikagundua kwamba ukosi unaotumika kubandika kuba huusukuma kuelekea hali-thabiti mbili, hivyo kuba lazima liwe nene zaidi kuliko ganda la kinadharia la vitabuni. Kuba lao la mwisho: urefu wa milimita 2.6 na unene wa milimita 1.5 juu ya nusu-upana wa milimita 5. Likiachiliwa kwa koleo, kuba kama hilo huruka kwa mita 1.21 kwa sekunde na kujitenga kabisa ndani ya milisekunde 100.

Kutoka njia iliyochapishwa hadi tumbo la nguruwe

Katika jaribio kamili, sumaku huteleza kapsuli iliyofungwa kando ya njia iliyochapishwa kwa 3D hadi inakolengwa kwa takriban sekunde 70. Kisha uga unaopishana hupasha jeli joto kutoka takriban 20 hadi 41 °C. Kapsuli hufunguka chini ya milisekunde 50 baada ya jeli kulainika, na roboti hurushwa nje kwa takriban mita 1.0 kwa sekunde — upande wa chini wa kiwango cha mbegu. Kisha sumaku huzikusanya kuelekea maeneo yaliyochaguliwa. “Roboti” hapa ni vipande vidogo vya elastoma ya sumaku.

Kwenye tumbo la nguruwe nje ya mwili, kapsuli ilibaki imefungwa ilipokuwa ikiongozwa juu ya tishu na ikafunguka kwa amri. Tishu laini na yenye kunata ilifyonza sehemu ya nishati: kasi ya kurusha ilishuka hadi takriban mita 0.5 kwa sekunde mwanzoni. Roboti zilizoachiliwa bado ziliweza kuongozwa juu ya uso. Ikiwekwa kichwa chini, kapsuli hufunguka taratibu bila kurusha chochote, na sumaku huvuta roboti nje — njia laini zaidi.

Waandishi wanaorodhesha kilichobaki: hakuna jaribio kwa mnyama hai, tabia ya jeli katika asidi ya tumbo na majimaji ya mmeng’enyo haijulikani, na jeli imara zaidi ingeyeyuka pia kwa joto la juu zaidi. Wanne kati yao — Mao, Zhang, Chen na Xiao — wamewasilisha ombi la hataza kwa ajili ya kapsuli hiyo.