Elektronické „mozky“ umožňují inteligentním mikrorobotům chodit

Tým výzkumníků z Cornellovy univerzity nainstaloval elektronické „mozky“ na solární roboty, které měří pouze 100 až 250 mikrometrů, což jim umožňuje chodit autonomně bez vnějšího ovládání.

Nová výzkumná práce s názvem „Mikroskopické roboty s digitálním ovládáním“ byla zveřejněna v Science Robotics.

Skupiny výzkumníků již vyvinuly mikroskopické stroje, které mají schopnost plazit se, plavat, skládat se a další. Nicméně, vždy byly použity dráty k generování pohybu a poskytování elektrického proudu, nebo laserové paprsky musely být zaměřeny na specifické umístění robotů.

Itai Cohen je profesorem fyziky.

„Dříve jsme museli doslova manipulovat s těmito ‘vlákny’, abychom získali jakoukoli odpověď z robotu,“ říká Prof. Cohen. „Ale teď máme tyto mozkové centra na palubě, je to jako sundání vláken z loutky. Je to jako když Pinocchio získává vědomí.“

Nový vývoj by mohl pomoci zahájit novou generaci mikroskopických zařízení, která mohou dělat věci jako sledovat bakterie, identifikovat chemikálie, bojovat proti znečišťujícím látkám a mnoho dalšího.

Tým zahrnoval výzkumníky z laboratoří Cohen, Alyosha Maoinar, asocičního profesora elektrotechniky a počítačového inženýrství; a Paula McEuen, profesora fyzikálních věd. Hlavním autorem článku je postdoktorandský výzkumník Michael Reynolds.

Co jsou elektronické „mozky“

Elektronické „mozky“, o kterých tým mluví, jsou komplementární metal-oxid-semiconductor (CMOS) hodinový obvod, který se skládá z tisíce tranzistorů a pole diod, rezistorů a kondenzátorů. S integrovaným CMOS obvodem lze generovat signál, který produkuje řadu fázově posunutých čtvercových vlnových frekvencí, které nastavují chůzi robota. Nohy robota jsou založeny na platině a obě obvody i nohy jsou napájeny fotovoltaicky.

„Nakonec, schopnost komunikovat příkaz umožní nám dát robotovi instrukce, a vnitřní mozek bude řešit, jak je provést,“ řekl Cohen. „Pak budeme mít konverzaci s robotem. Robot nám možná něco řekne o svém prostředí, a pak my možná zareagujeme tím, že mu řekneme, ‘OK, běž tam a pokus se zjistit, co se děje.’“

Makroskopické roboty, které mají na palubě CMOS elektroniku, jsou asi 10 000krát větší než tento nově vyvinutý robot, který může také chodit rychlostí rychlejší než 10 mikrometrů za sekundu.

Inovativní proces výroby, který tým vyvinul, vedl k platformě, která může pomoci ostatním výzkumníkům vybavit mikroskopické roboty vlastními aplikacemi, které by mohly zahrnovat chemické detektory nebo fotovoltaické „oči“, které pomáhají robotům navigovat tím, že vnímají změny světla.

„To nám umožňuje představit si opravdu komplexní, vysoce funkční mikroskopické roboty, které mají vysokou míru programovatelnosti, integrované nejen s akčními členy, ale také s senzory,“ řekl Reynolds. „Jsme nadšení z aplikací v medicíně – něco, co by se mohlo pohybovat v tkáni a identifikovat dobré buňky a zabíjet špatné buňky – a v environmentální remediaci, život, pokud byste měli robota, který by věděl, jak rozložit znečišťující látky nebo detekovat nebezpečné chemikálie a zbavit se jich.“