הפטנט האמריקאי נשען על תכונות של סגסוגות או פולימרים בעלי זיכרון צורה, שמגיבים לגירויים חיצוניים כמו חום, אור, שדות מגנטיים או זרם חשמלי, יכולים “לנוע” בנתיב מתוכנן ולחזור לצורתם המקורית. מומחים: זו פריצת דרך בטיפול במחלות קשות ברמת התא הבודד או בתהליכי ייצור של רכיבים אלקטרוניים זעירים
משרד הפטנטים והסימנים המסחריים של ארה”ב (USPTO) פרסם פטנט של ענקית המחשוב IBM שעוסק בשיטה חדשה, מתוגברת בלמידת מכונה, להובלת מיקרו-חלקיקים באמצעות חומרים משני-צורה. על פי מסמכי הפטנט, השיטה מאפשרת הובלת חלקיקים בקוטר של בין 1 ל-100 מיקרון באמצעות אובייקט שהודפס מחומרי נשיאה מיוחדים, מנקודת התחלה לנקודת יעד. חומרי הנשיאה משני הצורה הם סגסוגות או פולימרים בעלי זיכרון צורה (shape memory) המגיבים לגירויים חיצוניים, כך שניתן ל”הפעיל” אותם ולגרום להם לנוע לאזורים קטנים מאוד או קשים לגישה בדרכים אחרות.
הפטנט נסמך על קונספט של הדפסה בארבעה מימדים (4D) – הדפסה תלת-מימדית “מסורתית”, כשהמימד הרביעי טמון בתכונות שינוי הצורה של חומר הנשיאה. באופן זה ניתן להדפיס אובייקט ייעודי במדפסת תלת מימד, כשגם העיצוב וגם החומר המשמש להדפסה משרתים את צרכי התנועה במרחב, בדומה לאופן שבו אורגניזם חד-תאי יכול לנוע באמצעות תגובות כימיות בתוך קרום התא שלו.
חום מכופף, משיכה מגנטית או הנחייה חשמלית
כדי להשתמש בקונספט החדש, בשלב ראשון יש לשדך בין חומר הנשיאה המיוחדים לחלקיקים שמבקשים להעביר ליעד. בשלב הבא יש להדפיס את האובייקט מחומר הנשיאה, בהתאם לצרכים הספציפיים. עם מתן הגירוי החיצוני, האובייקט מתעוות באופן צפוי מראש ו”נע” בנתיב מתוכנן לעבר היעד, שם הוא פורק את מטען החלקיקים הזעיר. מרגע שהמטען הועבר ליעדו, כל הגירויים החיצוניים נפסקים והחומר חוזר לצורתו המקורית.
חלק חשוב וחדשני בפטנט הוא התוכנה שפיתחה IBM שמנתחת את המטען שמבקשים להעביר – גודלו, צורתו, משקלו והרכבו – וכן את התנאים הסביבתיים של התהליך. התוכנה נעזרת בלמידת מכונה כדי לעצב את האובייקט להדפסה כך שיתאים למשימה, ובוחרת בחומר הייעודי ובסוג הגירוי החיצוני ש”יניע” אותו בהתאם לצרכים הייעודיים. לדוגמה, חום גורם לחומרים מסוימים עם להתכופף או להתקפל, בעוד שאור מפעיל תנועה בחומרים המגיבים לצילום. ניתן להשתמש בשדות מגנטיים כדי למשוך או להדוף את האובייקט, או להנחות את תנועתו בכיוון מסוים עם זרם חשמלי.
התוכנה גם משרטטת נתיב ספציפי להובלת המיקרו-חלקיקים מנקודת ההתחלה ליעד, תוך התחשבות בתנאי הסביבה, כשהחומר המודפס צריך להיות מסוגל לנוע דרך תווך ביולוגי (זרם הדם או דרכי המעיים למשל) או תווך תעשייתי (חומרים כימיים במצבי צבירה שונים).
התוכנה של IBM משתמשת בלמידת מכונה גם כדי לנטר באופן רציף את התקדמות האובייקט המודפס לעבר היעד. אם מתגלות חריגות מהנתיב או חסימות, האלגוריתם מנתח את הבעיה באופן מיידי ומתאים את הגירויים כדי לתקן את התנועה של האובייקט, עם התערבות אנושית מינימלית. ברגע המתאים, הגירוי החיצוני מופסק, תנועת האובייקט נעצרת והמטען הזעיר מגיע ליעדו. רק אז החומר יכול לחזור לצורתו המקורית.
מומחים מציינים כי בעזרת הטכנולוגיה הזו ניתן להאיץ תהליכים מורכבים בתחום הרפואה ותעשיית המוליכים למחצה. ניתן, למשל, לבנות מערכות הולכה מיקרוסקופיות לטיפולי סרטן, שיעבירו תרופות או חומרים כימיים לתאים ספציפיים, או למנף אותה לתהליכים המיקרוסקופיים של ייצור שבבים, בסביבות שבהן ידיים אנושיות (או זרועות רובוטיות) הן מגושמות מדי.
