Forskere utvikler de første mikroskopiske roboter som kan “gå”

I et gjennombrudd innen robotikkfeltet har forskere skapt de første mikroskopiske roboter som kan kontrolleres gjennom deres innbygde halvlederkomponenter. Robotene kan “gå” med bare standard elektroniske signaler.

De mikroskopiske robotene er omtrent like store som en paramecium, og de vil fungere som grunnlag for videre prosjekter. Noen av disse kan inkludere komplekse versjoner med silisiumbasert intelligens, masseproduksjon av slike roboter og versjoner som kan bevege seg gjennom menneskelig vev og blod.

Arbeidet var et samarbeid ledet av Cornell University, som inkluderte Itai Cohen, professor i fysikk. Andre medlemmer av teamet inkluderte Paul McEuen, John A. Newman Professor of Physical Science, samt Marc Miskin, assistentprofessor ved University of Pennsylvania.

Deres arbeid ble publisert 26. august i Nature, med tittelen “Elektronisk integrerte, masseproduserte, mikroskopiske roboter.”

Tidligere nanoskala-prosjekter

De nylig utviklede mikroskopiske robotene ble bygget på tidligere arbeid gjort av Cohen og McEuen. Noen av deres tidligere nanoskala-prosjekter inkluderte mikroskopiske sensorer og grafenbaserte origami-maskiner.

De nye mikroskopiske robotene er omtrent 5 mikron tykke, 40 mikron brede og mellom 40 og 70 mikron lange. En mikron er bare en milliondel av en meter.

Hver robot har en enkel krets som består av silisium fotovoltaiske celler og fire elektrokjemiske aktuatorer. Silisium fotovoltaiske celler fungerer som torso og hjerne, mens elektrokjemiske aktuatorer fungerer som ben.

Kontroll av mikroskopiske roboter

For å kontrollere robotene, sender forskerne laserpulser til forskjellige fotovoltaiske celler, hvor hver enkelt utgjør en separat sett med ben. Robotene kan gå når laseren skifter mellom for- og bakre fotovoltaiske celler.

Robotene opererer bare ved en lav spenning på 200 millivolt, og de kjører på bare 10 nanowatt strøm. Materialet er sterkt for så små objekter, og de kan fabrikkeres parallelt siden de er konstruert med standard litografiske prosesser. På bare en fire-tommers silisiumplate kan det være rundt 1 million roboter.

Teamet ser nå på hvordan de kan gjøre robotene mer kraftfulle gjennom elektronikk og onboard-beregning.

Det er mulig at fremtidige versjoner av mikrorobotene kan fungere i sværmer og fullføre oppgaver som omstrukturering av materialer, sying av blodårer eller bli sendt til menneskehjernen.

“Å kontrollere en liten robot er kanskje så nære man kan komme til å krympe seg selv. Jeg tror maskiner som disse vil ta oss inn i alle slags fantastiske verdener som er for små å se,” sa Miskin.

“Dette forskningsgjennombruddet gir spennende vitenskapelig muligheter for å undersøke nye spørsmål relevante for fysikken til aktivt materiale og kan muligens føre til fremtidige robotiske materialer,” sa Sam Stanton.

Stanton er programleder for Army Research Office, som støttet mikroskopisk robotforskning.

En video av Itai Cohen som forklarer teknologien kan finnes her.