Onderzoekers ontwikkelen eerste microscopische robots die kunnen “lopen”

In een doorbraak op het gebied van robotica hebben onderzoekers de eerste microscopische robots ontwikkeld die kunnen worden bestuurd via hun geïntegreerde halfgeleidercomponenten. De robots kunnen “lopen” met alleen standaard elektronische signalen.

De microscopische robots zijn ongeveer zo groot als een paramecium en zullen dienen als basis voor verdere projecten. Sommige van deze projecten kunnen complexe versies met siliciumgebaseerde intelligentie omvatten, de massaproductie van dergelijke robots en versies die in staat zijn om door menselijk weefsel en bloed te bewegen.

Het onderzoek was een samenwerking onder leiding van Cornell University, met onder anderen Itai Cohen, professor in de natuurkunde. Andere teamleden waren Paul McEuen, de John A. Newman Professor of Physical Science, en Marc Miskin, assistant professor aan de Universiteit van Pennsylvania.

Hun onderzoek werd op 26 augustus gepubliceerd in Nature, getiteld “Electronically Integrated, Mass-Manufactured, Microscopic Robots.”

Vorige nanoschaalprojecten

De nieuw ontwikkelde microscopische robots zijn gebaseerd op eerder onderzoek van Cohen en McEuen. Sommige van hun eerdere nanoschaalprojecten omvatten microscopische sensoren en grafen-gebaseerde origami-machines. 

De nieuwe microscopische robots zijn ongeveer 5 micron dik, 40 micron breed en tussen de 40 en 70 micron lang. Een micron is één miljoenste van een meter. 

Elke robot heeft een eenvoudige schakeling die is gemaakt van siliciumfotovoltaïsche cellen en vier elektrochemische actuatoren. De siliciumfotovoltaïsche cellen fungeren als het lichaam en de hersenen, terwijl de elektrochemische actuatoren fungeren als de benen.

Besturing van de microscopische robots

Om de robots te besturen, sturen de onderzoekers laserpulsen naar verschillende fotovoltaïsche cellen, waarbij elke cel een aparte set benen vormt. De robots kunnen lopen wanneer de laser heen en weer wordt geschakeld tussen de voorste en achterste fotovoltaïsche cellen.

De robots werken alleen bij een lage spanning van 200 millivolt en verbruiken slechts 10 nanowatt aan stroom. Het materiaal is sterk voor zo’n klein voorwerp en kan worden gefabriceerd met standaard lithografische processen. Op een enkele siliciumwafer van 10 centimeter kunnen ongeveer 1 miljoen robots worden gemaakt.

Het team kijkt nu naar manieren om de robots krachtiger te maken via elektronica en onboard-computing. 

Het is mogelijk dat toekomstige versies van microrobots in zwermen kunnen opereren en taken kunnen uitvoeren zoals het herschikken van materialen, het hechten van bloedvaten of het worden gestuurd naar de menselijke hersenen. 

“Het besturen van een kleine robot is misschien zo dichtbij komen als je kunt komen om jezelf te verkleinen. Ik denk dat machines zoals deze ons naar allerlei geweldige werelden zullen brengen die te klein zijn om te zien,” zei Miskin.

“Deze onderzoeksdoorbraak biedt een spannende wetenschappelijke mogelijkheid om nieuwe vragen te onderzoeken die relevant zijn voor de fysica van actief materiaal en kan uiteindelijk leiden tot futuristische robotmateriaal,” zei Sam Stanton. 

Stanton is programmadirecteur voor het Army Research Office, dat het onderzoek naar de microscopische robot ondersteunde. 

Een video van Itai Cohen waarin hij de technologie uitlegt, kan worden gevonden hier.