エレクトロニック「脳」がスマートマイクロロボットに歩行を可能にした

コーネル大学の研究者チームは、100〜250マイクロメートルのサイズの太陽電池ロボットに電子「脳」を搭載し、外部制御なしで自律的に歩行できるようにしました。

新しい研究論文「マイクロロボットのオンボードデジタル制御」は、サイエンスロボティクスに掲載されました。

研究者グループはすでに、這う、泳ぐ、折りたたむなどの能力を持つマイクロマシンを開発しています。しかし、運動を生成し、電流を供給するためにワイヤーが使用されていたり、特定のロボットの位置にレーザービームを照射しなければなりませんでした。

イタイ・コーエンは物理学の教授です。

「以前は、ロボットから反応を得るために、これらの『糸』を操作しなければなりませんでした」とコーエン教授は述べています。「しかし、今やロボットに『脳』が搭載されているので、人形劇の糸を外したようなものです。ピノキオが意識を得たときのように感じます。」

新しい開発は、バクテリアを追跡したり、化学物質を識別したり、汚染物質を除去したりすることができるマイクロデバイスの新しい世代の到来を促す可能性があります。

チームには、コーエンのほか、電気電子工学のアソシエイト教授アリョーシャ・マオイナール、物理科学の教授ポール・マクユーエンらの研究室の研究者が参加しています。論文の第一著者は、ポスドク研究員マイケル・レイノルズです。

エレクトロニック「脳」とは

チームが話している「脳」は、1000個のトランジスターとダイオード、抵抗器、コンデンサーの配列で構成されるCMOSクロック回路です。統合されたCMOS回路で、ロボットの歩行を設定する位相シフトされた正方形波周波数のシグナルを生成できます。ロボットの足は白金ベースのアクチュエーターで、回路と足は両方とも光電池で駆動されます。

「最終的に、コマンドを通信する能力がロボットに指示を与えることを可能にし、内部の『脳』がそれを実行する方法を決定することになります」とコーエンは述べています。「そうすると、ロボットと会話をすることになります。ロボットは私たちに何かについて話しかけてくるかもしれません。私たちが『OK、そこに行って何が起こっているのか調べてみて』と言って反応するかもしれません。」

オンボードCMOSエレクトロニクスを持つマクロスケールロボットは、約10,000倍大きいこの新しく開発されたロボットよりも大きく、10マイクロメートル毎秒よりも速く歩行できます。

チームが開発した革新的な製造プロセスにより、マイクロロボットに独自のアプリケーションを搭載できるプラットフォームが実現しました。これには、化学物質検出器や光電池「目」が含まれる可能性があり、ロボットは光の変化を感知してナビゲートできます。

「これにより、非常に複雑で、高度に機能的なマイクロロボットを想像できます。プログラム可能なもので、アクチュエーターだけでなくセンサーも統合されています」とレイノルズは述べています。「医療での応用に興奮しています。組織の中を移動し、良い細胞と悪い細胞を識別して悪い細胞を殺すことができるものです。環境の浄化でも、汚染物質を分解したり危険な化学物質を検知して除去したりすることができるロボットがあれば、命拾いです。」