Доктора для клеток: крошечные роботы скоро смогут лечить нас на молекулярном уровне

Микропловцы — это объекты, которые способны свободно перемещаться в жидкой среде, например, по человеческой кровеносной системе. В естественной природе таких существует множество: бактерии, сперматозоиды и другие микроорганизмы. Двадцать лет назад ученые создали их искусственные аналоги. Наконец, у них получилось научить их ориентироваться в пространстве и плавать самостоятельно. Рассказываем, как исследователям это удалось и какие перспективы открывает это изобретение.

С его помощью плавучие микророботы смогли адаптироваться к внешним изменяющимся условиям. Как и людям, которые только учатся держаться на воде, микропловцам необходимо качественное обучение и стабильная обратная связь. «Плавать на микромасштабе — задача трудная сама по себе, — говорит доцент кафедры машиностроения в университете Санта-Клара Оун Шоук, — а сконструировать роботов так, чтобы они выполняли более сложные маневры, особенно тяжело».

Ученым удалось объединить искусственные нейронные сети и обучение с подкреплением: это позволило объяснить механизму, как плавать и ориентироваться в любом произвольном направлении. Он стал самостоятельно регулировать движения составляющих его частей для перемещения в жидкой среде и поворотов. Он также сумел адаптивно переключаться между различными двигательными режимами в зависимости от того, какие из них больше подойдут для достижения точки назначения.

Исследователи показали, как микропловцы следуют по сложному маршруту без дополнительного программирования. Также они продемонстрировали, как робот ведет себя в экстренных ситуациях, например, когда поток жидкости, по которому тот перемещается, вдруг начинает бунтовать.

Ученые уверены, что это — первый шаг к созданию систем, которые смогут адаптироваться подобно биологическим клеткам, чтобы автономно перемещаться в сложных ситуациях. Это должно стать новой вехой в развитии медицины: будет возможна адресная доставка лекарств, а также расширятся полномочия микрохирургии. Например, лечение раковых клеток непосредственно, без вреда для организма.

Таким образом, люди стали еще ближе к изобретению хирурга, которого можно проглотить, и ученого, который может жить среди микроскопических организмов и собирать данные. Неизвестно, сколько еще потребуется времени для применения роботов на практике, однако эта инновация, несомненно, сделала данную перспективу более реальной.