Elektroniske “Hjerner” Gør Smarte Mikroroboter i Stand til at Gå

Et hold af forskere ved Cornell University har installeret elektroniske “hjerner” på solceller-drevne robotter, der måler kun 100 til 250 mikrometer i størrelse, hvilket giver dem mulighed for at gå autonomt uden at være eksternt kontrolleret.

Den nye forskningsartikel med titlen “Microscopic Robots with Onboard Digital Control” er offentliggjort i Science Robotics.

Grupper af forskere har allerede udviklet mikroskopiske maskiner, der kan kravle, svømme, foldes sammen og mere. Men ledninger blev altid brugt til at generere bevægelse og give elektrisk strøm, eller laserstråler skulle fokuseres på bestemte steder på robotterne.

Itai Cohen er professor i fysik.

“Før var vi nødt til at manipulere disse ‘strenge’ for at få nogen form for respons fra robotterne,” siger prof. Cohen. “Men nu har vi disse hjerner om bord, det er som at tage strengene af en marionet. Det er som når Pinocchio får bevidsthed.”

De nye udviklinger kan hjælpe med at indlede en ny generation af mikroskopiske enheder, der kan gøre ting som at spore bakterier, identificere kemikalier, bekæmpe forureninger og meget mere.

Holdet bestod af forskere fra Cohen, Alyosha Maoinar, lektor i elektroteknik og datateknik; og Paul McEuen, professor i fysisk videnskab. Første forfatter på artiklen er postdoc-forsker Michael Reynolds.

Hvad er de Elektroniske “Hjerner”?

De elektroniske “hjerner”, som holdet taler om, er en komplementær metal-oxidsemiconductor (CMOS) ur-cirkuit, der består af tusind transistorer og en matrix af dioder, modstande og kondensatorer. Med den integrerede CMOS-cirkuit kan en signal genereres for at producere en række fase-forskydede kvadratbølgefrekvenser, der sætter gangen på robotterne. Robotternes ben er platin-baserede aktuatorer, og både cirkuitet og benene er drevet af solceller.

“Til sidst vil evnen til at kommunikere en kommando give os mulighed for at give robotterne instruktioner, og den interne hjerne vil finde ud af, hvordan den skal udføre dem,” siger Cohen. “Så har vi en samtale med robotterne. Robotterne kan fortælle os noget om deres omgivelser, og så kan vi reagere ved at sige, ‘OK, gå over der og prøv at finde ud af, hvad der sker.'”

Makroskala robotter med onboard CMOS-elektronik er omkring 10.000 gange større end denne nyudviklede robot, der også kan gå med hastigheder på over 10 mikrometer per sekund.

Det innovative fremstillingsprocess, som holdet har udviklet, har ført til en platform, der kan hjælpe andre forskere med at udstyre mikroskopiske robotter med deres egne apps, som kan inkludere kemiske detektorer eller solceller-“øjne”, der hjælper robotterne med at navigere ved at registrere lysændringer.

“Dette giver os mulighed for at forestille os meget komplekse, højtfunktionelle mikroskopiske robotter, der har en høj grad af programmerbarhed, integreret med ikke kun aktuatorer, men også sensorer,” siger Reynolds. “Vi er begejstrede for anvendelserne i medicin – noget, der kan bevæge sig rundt i væv og identificere gode celler og dræbe dårlige celler – og i miljø-rensning, hvis man havde en robot, der vidste, hvordan man bryder ned forureninger eller registrerer en farlig kemikalie og fjerner den.”