Elektroniske “hjerner” gjør smarte mikroroboter i stand til å gå

Et team av forskere ved Cornell University har installert elektroniske “hjerner” på solceller-drevne roboter som måler bare 100 til 250 mikrometer i størrelse, og gjort det mulig for dem å gå autonomt uten å være eksternt kontrollert.

Den nye forskningsrapporten med tittelen “Microscopic Robots with Onboard Digital Control” ble publisert i Science Robotics.

Grupper av forskere har allerede utviklet mikroskopiske maskiner som kan krype, svømme, foldes sammen og mer. Men ledninger ble alltid brukt til å generere bevegelse og gi elektrisk strøm, eller laserstråler måtte fokuseres på bestemte steder på robotene.

Itai Cohen er professor i fysikk.

“Tidligere måtte vi manipulere disse ‘trådene’ for å få noen som helst respons fra roboten,” sier prof. Cohen. “Men nå har vi disse hjernene ombord, det er som å ta av trådene fra en marionett. Det er som når Pinocchio får bevissthet.”

De nye utviklingene kan hjelpe med å innføre en ny generasjon mikroskopiske enheter som kan gjøre ting som å spore bakterier, identifisere kjemikalier, bekjempe forurensning og mye mer.

Teamet inkluderte forskere fra laboratoriene til Cohen, Alyosha Maoinar, assosiert professor i elektro- og datateknikk, og Paul McEuen, professor i fysisk vitenskap. Hovedforfatteren av rapporten er postdoktor Michael Reynolds.

Hva er de elektroniske “hjernene”?

De elektroniske “hjernene” teamet snakker om er en komplementær metal-oksid-halvleder (CMOS) klokke-sirkuit som består av tusen transistorer og en rekke dioder, resistorer og kondensatorer. Med den integrerte CMOS-sirkuiten kan en signal genereres for å produsere en rekke faseforskjøvede kvadratbølgefrekvenser som setter gangen på roboten. Robotens ben er platina-baserte aktuatorer, og både sirkuitet og benene er drevet av fotovoltaiske celler.

“Til slutt vil evnen til å kommunisere en kommando gjøre det mulig for oss å gi roboten instruksjoner, og den interne hjernen vil finne ut hvordan den skal utføre dem,” sier Cohen. “Da har vi en samtale med roboten. Roboten kan fortelle oss noe om sin omgivelse, og så kan vi reagere ved å si ‘OK, gå over dit og prøv å finne ut hva som skjer.'”

Makroskopiske roboter med ombord CMOS-elektronikk er omtrent 10 000 ganger større enn denne nyutviklede roboten, som også kan gå i hastigheter på over 10 mikrometer per sekund.

Den innovative produksjonsprosessen som er utviklet av teamet har ført til en plattform som kan hjelpe andre forskere med å utstyre mikroskopiske roboter med sine egne applikasjoner, som kan inkludere kjemiske detektorer eller fotovoltaiske “øyne” som hjelper robotene med å navigere ved å registrere lysendringer.

“Dette lar oss forestille oss svært komplekse, høyt funksjonelle mikroskopiske roboter med en høy grad av programmerbarhet, integrert med ikke bare aktuatorer, men også sensorer,” sier Reynolds. “Vi er spente på applikasjonene i medisin – noe som kan bevege seg rundt i vev og identifisere gode celler og drepe dårlige celler – og i miljømessig rehabilitering, liv hvis du hadde en robot som visste hvordan man bryter ned forurensninger eller registrerer en farlig kjemikalie og fjerner den.”