V roce 1966 byl v USA natočen dobrodružný sci-fi film Fantastická cesta (Fantastic Voyage). Film o záchraně českého vědce jeho vlastním vynálezem. Vynálezem, který umožňuje zmenšit věci i lidi na velikost mikrobu a dopravit je např. do lidského těla.
Tým odborníků ve filmu putuje ve zmenšené ponorce tepnou do vědcova mozku, kde má laserem uvolnit krevní sraženinu. Usmíváte se a říkáte si, že je to hezká pohádka? A vidíte, dnes už se na podobných projektech pracuje v laboratořích po celém světě. Živé organismy ještě zmenšit neumíme, ty uměle vytvořené jsou okem neviditelné.
Biomedicína budoucnosti
Mikroroboti jsou velcí jako lidská buňka a nanoroboti ještě tisíckrát menší. Asi jako viry. Na plochu o průměru lidského vlasu se jich vejde až 50 tisíc. Dostanou se na místa, kam žádná jiná technika.
Možnosti jejich využití v praxi jsou nepředstavitelné. Jsou schopné pohybu a největší budoucnost je čeká pravděpodobně na biomedicínském poli, protože umí dopravit např. léky až k cílové buňce nebo odebrat vzorek s minimálním poškozením okolní tkáně. Dokáží vykonat svůj úkol efektivně, přesně a šetrně.
Malý plavec v krevním řečišti
Jednoho z nanorobotů sestavili i na Charbinské polytechnické univerzitě v Číně. Tento malý magnetický robot dokáže plavat rychlostí 10 mikrometrů za sekundu. Takový nano plavec je dostatečně rychlý, malý a silný, aby mohl procházet i viskóznějšími tekutinami, jako je například krev.
Je dlouhý 5 mikrometrů a má tři hlavní části, které jsou navzájem spojeny jako špekáčky stříbrnými závěsy. Zlaté tělo nanorobota je lemováno magnetickými rameny vyrobenými z niklu a použití magnetického pole umožňuje malému robotovi pohyb ramen, takže vypadá jako by plaval kraulem. Když vědci přepínají směr magnetického pole tam a zpět, způsobí to otáčení paží nano-plavce a jeho posun vpřed.
Přestože jsou tělesné tekutiny viskóznější než voda, dokáží se v nich tito mikroplavci pohybovat a mohli by být použitelní pro neinvazivní podávání léků přímo v krevním řečišti. Díky možnosti řídit robota vnějšími magnetickými poli by tak mohl doplavat kamkoliv, kde by ho bylo potřeba.
Roboti pod dohledem
Protože jsou nano roboti tak malí, nebyl by pouhý jeden nano-plavec schopen nést dostatek léků, aby skutečně pomohl. Musely by jich být stovky, možná tisíce a zatím neexistuje způsob, jak je všechny sledovat a taky jak je z těla následně dostat.
Vědci pracují na tom, aby byla nová generace nano robotů vyrobena z biologicky odbouratelných materiálů, než je bude možné použít bezpečně v krevním řečišti. Taky se snaží vypořádat s Brownovým pohybem, který náhodně pohybuje mikroskopickými částicemi v kapalném nebo plynném médiu a znemožňuje nano plavcům dorazit k cíli.
Roboti s umělým „mozkem"
Vědci z Univerzity v německém Lipsku se rozhodli vyřešit i tento problém a zkusit nanoroboty naučit plavat správným směrem za pomoci umělé inteligence. Strojové učení by mohlo malým mikrorobotům pomoci plavat kapalinou a dosáhnout svého cíle, aniž by byli sraženi a ovlivněni náhodným pohybem ostatních částic, se kterými se na své cestě setkají.
Pro nano plavce se stala biologickou předlohou bakterie a způsob, jakým se pohybuje. V Lipsku se tedy rozhodli dát svým nano-plavcům „mozek“: algoritmus se strojovým učením, který odměňuje „správné“ pohyby ve směru požadovaného cíle.
Na rozdíl od čínského nanoplavce je vyroben z melaminové pryskyřice a zlatých částic a řídí se pomocí laserového paprsku, který zahřívá nanočástice zlata na povrchu nanobota a vzniknuvší teplotní rozdíl ho pohání kapalinou.
Trénink plný odměn a trestů
Algoritmus strojového učení - „mozek“ mikrorobota – je spuštěn na počítači. Sleduje jeho pohyb a dává pokyn laseru vystřelit na přesný bod na jeho povrchu tak, aby se přiblížil k cíli.
Pokud tato instrukce posune mikrorobota blíže k cíli, je algoritmus „odměněn“; pokud instrukce posune mikrorobota dále od cíle, je algoritmus „potrestán“. V průběhu času se algoritmus z těchto odměn a sankcí naučí, které pokyny jsou nejlepší pro rychlé a efektivní dopravení robota k cíli.
Vědci zjistili, že po 7 hodinách tréninku se systému podařilo snížit počet pokynů potřebných k tomu, aby mikrorobot dosáhl cíle, ze 600 na 100! Až dořeší, jak umístit řídící systém přímo do nanobota a ne mimo něj, až najdou nejlepší způsob jak ho řídit a bezpečně dostat z lidského těla, čeká nás v medicínských oborech velká revoluce.
Možná se pak v odbude mnoho současných nepříjemných invazivních zákroků a operací právě díky těmto malým užitečným nanoplavcům.
