বীজের শুঁটির মতো ফেটে যাওয়া একটি ক্যাপসুল
ক্ষুদ্র চৌম্বক মাইক্রোরোবট একদিন পরিপাকতন্ত্রে চলাচল করে ওষুধ পৌঁছে দিতে, কোনো ক্ষতের চিকিৎসা করতে বা ছবি তুলতে পারে। কিন্তু প্রথমে তাদের অক্ষত অবস্থায় সেখানে পৌঁছাতে হবে — অ্যাসিড, শ্লেষ্মা আর পাকস্থলীর মন্থন থেকে সুরক্ষিত হয়ে — তারপর সঠিক জায়গায় দ্রুত মুক্তি পেতে হবে। আজকের ক্যাপসুলগুলো হয় মোটর, স্প্রিং আর ইলেকট্রনিক্সে ঠাসা, যাতে বোঝার জন্য সামান্য জায়গা থাকে, নয়তো “স্মার্ট” উপাদানের ওপর নির্ভর করে, যা খুলতে কয়েক মিনিট থেকে কয়েক ঘণ্টা লাগে।
হাংজৌয়ের ঝেজিয়াং বিশ্ববিদ্যালয়ের মেংফান ঝাং, জিকে চেন, রুই শিয়াও, গুওইয়ং মাও ও সহকর্মীরা সমাধান খুঁজে পেয়েছেন একটি সপুষ্পক উদ্ভিদে।
ফেটে যাওয়া শুঁটির কৌশল
Impatiens balsamina-র বীজের শুঁটি পাকলে সামান্য ছোঁয়াতেই তা ফেটে যায়: এর কপাটিকাগুলো (valves) এক ঝলকে ভেতরের দিকে কুঁকড়ে গিয়ে বীজ ছুড়ে দেয়। সম্পর্কিত প্রজাতিতে বীজ বেরোয় প্রায় সেকেন্ডে ১ থেকে ৪ মিটার বেগে। নীতিটি হলো একটি আটকানো স্প্রিং (latched spring): বাঁকা কপাটিকাগুলো স্থিতিস্থাপক শক্তি জমা রাখে, আর চারপাশের কলা কাজ করে খিলের মতো। খিল খুলে দিন, জমা শক্তিই বাকি সব কাজ করে।
তিনটি অংশ
ক্যাপসুলটি তিনটি অংশ দিয়ে এই নকশা নকল করে:
- একটি নরম সিলিকন গম্বুজ, জোড়া লাগানোর সময় ভেতর-বার উল্টে দেওয়া — এটিই স্প্রিং;
- একটি ৩ডি-মুদ্রিত প্লাস্টিকের ভিত্তি, ৮ মিলিমিটার ব্যাসের ও ৫ মিলিমিটার উঁচু একটি সিলিন্ডার, রোবটদের জন্য একটি ছোট প্রকোষ্ঠসহ;
- জেলাটিন, ক্যারাজিনান ও আয়রন অক্সাইড ন্যানোকণা দিয়ে তৈরি জেলের একটি বলয় — এটিই খিল।
একটি পরিবর্তী চৌম্বক ক্ষেত্রে (alternating magnetic field) ন্যানোকণাগুলো জেলকে গরম করে। জেলটি নরম হয়ে ভেতর থেকে ছিঁড়ে যায়, গম্বুজটি সজোরে আগের আকারে ফেরে, আর ক্যাপসুলটি ফেটে খুলে যায়। বিশুদ্ধ জেলাটিন গলে যেত ৩০ থেকে ৩৬ °C-এর মধ্যে, যা শরীরের তাপমাত্রার খুব কাছাকাছি; ক্যারাজিনান যোগ করলে জেলটি ৩৭ °C-এ দৃঢ় থাকে, আর তরলে রূপান্তর ঘটে ৫১.৬ °C-এ।
স্প্রিংটিকে ঠিকঠাক করা
কঠিন অংশটি ছিল যান্ত্রিক। একটি উল্টানো গম্বুজ দ্বিস্থিত (bistable) হতে পারে — একবার ঠেলে দিলে উল্টেই থাকে — আর তাহলে তা আর কখনো খুলবে না। একে হতে হবে একস্থিত (monostable), সবসময় ফিরে আসা। কিন্তু খুব শক্ত গম্বুজ ট্রিগারের আগেই জেল ছিঁড়ে ফেলবে। কম্পিউটার সিমুলেশন দিয়ে দলটি মানচিত্র তৈরি করেছে কোন আকৃতি দ্বিস্থিত আর কোনটি একস্থিত, এবং দেখেছে যে গম্বুজটি আটকানোর কলারটি একে দ্বিস্থিততার দিকে ঠেলে দেয়, তাই গম্বুজটিকে পাঠ্যবইয়ের খোলকের চেয়ে পুরু হতে হয়। তাঁদের চূড়ান্ত গম্বুজ: ৫ মিলিমিটার অর্ধ-বিস্তারের ওপর ২.৬ মিলিমিটার উঁচু ও ১.৫ মিলিমিটার পুরু। চিমটা দিয়ে ছেড়ে দিলে এমন গম্বুজ সেকেন্ডে ১.২১ মিটার বেগে ছিটকে যায় এবং ১০০ মিলিসেকেন্ডের মধ্যে পুরোপুরি বিচ্ছিন্ন হয়।
মুদ্রিত পথ থেকে শূকরের পাকস্থলী
পূর্ণ পরীক্ষায় একটি চুম্বক বন্ধ ক্যাপসুলটিকে একটি ৩ডি-মুদ্রিত পথ ধরে প্রায় ৭০ সেকেন্ডে লক্ষ্যে সরিয়ে নেয়। এরপর পরিবর্তী ক্ষেত্রটি জেলকে প্রায় ২০ থেকে ৪১ °C পর্যন্ত গরম করে। জেল নরম হওয়ার ৫০ মিলিসেকেন্ডেরও কম সময় পরে ক্যাপসুলটি খোলে, আর রোবটগুলো ছিটকে যায় প্রায় সেকেন্ডে ১.০ মিটার বেগে — বীজের পরিসরের নিচের প্রান্ত। এরপর একটি চুম্বক তাদের বাছাই করা জায়গার দিকে জড়ো করে। এখানে “রোবট” হলো চৌম্বক ইলাস্টোমারের ছোট টুকরো।
শরীরের বাইরে রাখা একটি শূকরের পাকস্থলীতে ক্যাপসুলটি কলার ওপর দিয়ে চালিত হওয়ার সময় বন্ধ ছিল এবং নির্দেশ পেলে খুলেছে। নরম, আঠালো কলা শক্তির একাংশ শুষে নিয়েছে: নিক্ষেপ-বেগ শুরুতে নেমে আসে প্রায় সেকেন্ডে ০.৫ মিটারে। মুক্ত রোবটগুলোকে তবুও পৃষ্ঠজুড়ে চালনা করা গেছে। উল্টো করে রাখলে ক্যাপসুলটি কিছু না ছুড়ে আলতোভাবে খোলে, আর চুম্বক রোবটগুলোকে টেনে বের করে — একটি মৃদুতর পদ্ধতি।
লেখকেরা জানান কী বাকি রয়েছে: জীবন্ত প্রাণীতে কোনো পরীক্ষা হয়নি, পাকস্থলীর অ্যাসিড ও পাচক রসে জেলের আচরণ অজানা, আর দরকার একটি শক্তিশালী জেল, যা আবার আরও উচ্চ তাপমাত্রায় গলবে। তাঁদের চারজন — মাও, ঝাং, চেন ও শিয়াও — ক্যাপসুলটির জন্য পেটেন্টের আবেদন করেছেন।