Tutkijat kehittivät ensimmäiset mikroskooppiset robotit, jotka pystyvät ”kävelemään”

Robotiikan alalla tapahtuneessa läpimurrossa tutkijat ovat luoneet ensimmäiset mikroskooppiset robotit, jotka voidaan ohjata sisäänrakennettujen puolijohdekomponenttien avulla. Robotit pystyvät ”kävelemään” vain standardien sähköisten signaalien avulla.

Mikroskooppiset robotit ovat parameciumin kokoisia, ja ne toimivat perustana tuleville projekteille. Jotkut näistä voivat sisältää monimutkaisia versioita, joissa on piiliä perustuva älykkyys, massatuotantoa ja versioita, jotka pystyvät liikkumaan ihmisen kudoksissa ja veressä.

Työ oli yhteistyö, jonka johti Cornellin yliopisto, johon kuului Itai Cohen, fysiikan professori. Tiimin muihin jäseniin kuului Paul McEuen, John A. Newmanin fysiikan professori, sekä Marc Miskin, apulaisprofessori Pennsylvanian yliopistossa.

Heidän työnsä julkaistiin 26. elokuuta Nature-lehdessä, otsikolla ”Electronically Integrated, Mass-Manufactured, Microscopic Robots.”

Aikaisemmat nanomittakaavan projektit

Uudet mikroskooppiset robotit kehitettiin aikaisemman työn pohjalta, jonka Cohen ja McEuen olivat tehneet. Jotkut heidän aikaisemmista nanomittakaavan projekteistaan käsittelivät mikroskooppisia antureita ja grafeenipohjaisia origami-koneita. 

Uudet mikroskooppiset robotit ovat noin 5 mikronin paksuisia, 40 mikronin leveitä ja 40-70 mikronin pituisia. Yksi mikroni on vain yksi miljoonasosa metristä. 

Jokaisella robotilla on yksinkertainen piiri, joka on valmistettu piiliä perustuvista aurinkokennoista ja neljästä elektrokemiallisesta toimilaitteesta. Piiliä perustuvat aurinkokennot toimivat robotin ruumina ja aivoina, kun taas elektrokemialliset toimilaitteet toimivat jalkoina.

Mikroskooppisten robotien ohjaus

Robottien ohjaamiseksi tutkijat välittävät laserimpulsseja eri aurinkokennoihin, joista jokainen muodostaa erillisen jalkaparin. Robotit pystyvät kävelemään, kun laseria vaihdellaan edestakaisin etu- ja taka-aurinkokennojen välillä.

Robotit toimivat vain matalalla 200 millivoltin jännitteellä ja käyttävät vain 10 nanowatin tehon. Materiaali on vahvaa sen koosta huolimatta, ja ne voidaan valmistaa rinnakkain, koska ne on valmistettu standardien litografisilla prosesseilla. Vain neljän tuuman piiliä levyllä voidaan olla jopa miljoona robottia.

Tutkijat tutkivat parhaillaan, miten robotteja voidaan tehdä tehokkaammiksi elektroniikan ja sisäisen laskennan avulla. 

On mahdollista, että tulevaisuuden mikrorobotit voivat toimia parvina ja suorittaa tehtäviä, kuten materiaalien uudelleenjärjestelyä, verisuonten ompelemista tai lähetettäväksi ihmisen aivoihin. 

”Pieni robotin ohjaaminen on ehkä lähimpänä sitä, että voit itse pienentää itsesi. Luulen, että nämä koneet vievät meidät kaikenlaisiin upeisiin maailmoihin, jotka ovat liian pieniä nähdäksesi,” sanoi Miskin.

”Tämä tutkimusläpimurto tarjoaa jännittävän tieteellisen mahdollisuuden tutkia uusia kysymyksiä, jotka liittyvät aktiivisen aineen fysiikkaan, ja voi lopulta johtaa tulevaisuuden robotiikkaan,” sanoi Sam Stanton. 

Stanton on Army Research Office -ohjelman johtaja, joka tuki mikroskooppisen robotin tutkimusta. 

Itai Cohenin videota, jossa hän selittää teknologiaa, voidaan löytää täältä.