Sähköiset “Aivot” Mahdollistavat Älykkäiden Mikrorobottien Kävelyn

Cornellin yliopiston tutkijaryhmä on asentanut sähköiset “aivot” aurinkoenergialla toimiviin robottiin, jotka ovat vain 100-250 mikrometrin kokoisia, mahdollistaen niiden itsenäisen kävelyn ilman ulkoista ohjausta.

Uusi tutkimusartikkeli, joka on nimeltään “Mikroskooppiset Robotit Digitaalisella Ohjauksella“, on julkaistu Science Robotics -julkaisussa.

Tutkijaryhmät ovat jo kehittäneet mikroskooppisia koneita, jotka pystyvät ryömimään, uimaan, taittamaan itsensä ja tekemään monia muita asioita. Kuitenkin johdot ovat aina olleet tarpeen liikkeen luomiseksi ja sähkövirran toimittamiseksi, tai laser-säteet on täytynyt kohdistaa tiettyihin kohtiin roboteissa.

Itai Cohen on fysiikan professori.

“Ennen meidän täytynyt käsitellä näitä ‘jouhia’, jotta saatiin mitään reaktiota robotilta”, Prof. Cohen sanoo. “Mutta nyt meillä on nämä aivot laitteessa, se on kuin poistettaisiin merkinantajat. Se on kuin Pinocchion saisi tietoisuuden.”

Uudet kehitysaskeleet voivat auttaa luomaan uuden sukupolven mikroskooppisia laitteita, jotka voivat tehdä asioita kuten seurata bakteereja, tunnistaa kemikaaleja, taistella saasteita vastaan ja paljon muuta.

Tutkijaryhmään kuului tutkijoita Cohenin, Alyosha Maoinarin, sähkö- ja tietotekniikan apulaisprofessorin, ja Paul McEuenin, fysiikan professorin, laboratorioista. Tutkimusartikkelin ensisijainen tekijä on postdoc-tutkija Michael Reynolds.

Mikä on Sähköinen “Aivot”?

Sähköinen “aivot”, josta tutkijaryhmä puhuu, on komplementaarinen metalloksiidi-semikonduktori (CMOS) -säätöpiiri, joka koostuu tuhannesta transistoreista ja diodien, resistoreiden ja kondensaattorien joukosta. Integroidulla CMOS-piirillä voidaan luoda signaali, joka tuottaa sarjan vaiheensiirtymisiä, jotka asettavat robotin askeltavat. Robotin jalat ovat platinapohjaisia toimijoita, ja sekä piiri että jalat ovat aurinkoenergialla toimivia.

“Lopulta kyky kommunikoida käsky mahdollistaa meille antaa robotille ohjeita, ja sisäinen aivot selvittävät, miten toteuttaa ne”, Cohen sanoo. “Sitten meillä on keskustelu robottiin. Robotti voi kertoa meille jotain ympäristöstään, ja sitten me voimme reagoida sanomalla ‘OK, mene sinne ja yritä selvittää, mitä tapahtuu.'”

Makroskaalaiset robotit, joilla on laitteiston sisäinen CMOS-elektroniikka, ovat noin 10 000 kertaa suurempia kuin tämä uusi robotti, joka voi myös kävellä yli 10 mikrometrin sekunnissa.

Innovatiivinen valmistusprosessi, jonka tutkijaryhmä on kehittänyt, on johtanut alustaan, joka voi auttaa muita tutkijoita varustamaan mikroskooppisia roboteja omilla sovelluksilla, jotka voivat sisältää kemikaaliantureita tai aurinkoenergialla toimivia “silmiä”, jotka auttavat roboteja navigoimaan valonmuutosten avulla.

“Tämä antaa meille mahdollisuuden kuvitella todella monimutkaisia, korkean toiminnallisuuden mikroskooppisia roboteja, joilla on korkea ohjelmoitavuus, joka on yhdistetty sekä toimijoihin että antureihin”, Reynolds sanoo. “Olemme innoissamme sovelluksista lääketieteessä – jotain, joka voisi liikkua kudoksissa ja tunnistaa hyvät solut ja tappaa pahat solut – ja ympäristön puhdistamisessa, elämässä, jos sinulla on robotti, joka tietää, miten purkaa saasteita tai aistia vaarallisia kemikaaleja ja poistaa ne.”