Forskere udvikler de første mikroskopiske robotter, der kan “gå”

I et gennembrud inden for robotteknologi har forskere skabt de første mikroskopiske robotter, der kan styres via deres indbyggede halvlederkomponenter. Robotterne kan “gå” med kun standard elektroniske signaler.

De mikroskopiske robotter er størrelsesmæssigt sammenlignelige med en paramecium, og de vil fungere som grundlag for fremtidige projekter. Nogle af disse kan inkludere komplekse versioner med silicium-baseret intelligens, masseproduktion af sådanne robotter og versioner, der kan bevæge sig gennem menneskeligt væv og blod.

Arbejdet var et samarbejde ledet af Cornell University, som inkluderede Itai Cohen, professor i fysik. Andre medlemmer af holdet inkluderede Paul McEuen, John A. Newman Professor of Physical Science, samt Marc Miskin, assistant professor ved University of Pennsylvania.

Deres arbejde blev offentliggjort den 26. august i Nature, med titlen “Elektronisk integrerede, masseproducerede, mikroskopiske robotter.”

Tidligere nanoskala-projekter

De nyligt udviklede mikroskopiske robotter blev bygget på tidligere arbejde udført af Cohen og McEuen. Nogle af deres tidligere nanoskala-projekter inkluderede mikroskopiske sensorer og grafen-baserede origami-maskiner.

De nye mikroskopiske robotter er omtrent 5 mikron tykke, 40 mikron brede og mellem 40 og 70 mikron lange. En mikron er blot en milliondel af en meter.

Hver robot har en simpel kredsløb, der består af silicium-fotovoltaik og fire elektro-kemiske aktuatorer. Silicium-fotovoltaikken fungerer som torso og hjerne, mens de elektro-kemiske aktuatorer fungerer som ben.

Styring af de mikroskopiske robotter

For at styre robotterne sender forskerne laser-pulser til forskellige fotovoltaik, hvor hver enkelt udgør en separat sæt ben. Robotterne kan “gå”, når laseren skiftes frem og tilbage mellem de forreste og bageste fotovoltaik.

Robotterne fungerer kun ved lav spænding på 200 millivolt og kører på kun 10 nanowatt strøm. Materialet er stærkt for så små objekter, og de kan fremstilles parallelt, da de er konstrueret med standard lithografiske processer. På blot en 4-tommers silicium-væfer kan der være omkring 1 million robotter.

Holdet ser nu på, hvordan de kan gøre robotterne mere kraftfulde gennem elektronik og onboard-beregning.

Det er muligt, at fremtidige versioner af mikrorobotter kan fungere i sværme og udføre opgaver som omstrukturering af materialer, syning af blodkar eller sendes til det menneskelige hjerte.

“At styre en lille robot er måske så tæt på, man kan komme på at mindske sig selv. Jeg tror, maskiner som disse vil tage os ind i alle slags fantastiske verdener, der er for små at se,” sagde Miskin.

“Dette forskningsgennembrud giver en spændende videnskabelig mulighed for at undersøge nye spørgsmål, der er relevante for fysikken af aktivt stof, og kan muligvis føre til fremtidige robotiske materialer,” sagde Sam Stanton.

Stanton er programleder for Army Research Office, som støttede forskningen i mikroskopiske robotter.

En video af Itai Cohen, der forklarer teknologien, kan findes her.