Elektroniczne „mózgi” pozwalają inteligentnym mikrorobotom chodzić

Zespół badaczy z Cornell University zainstalował elektroniczne „mózgi” w słonecznych robotach, które mają tylko 100 do 250 mikrometrów, umożliwiając im samodzielne chodzenie bez zewnętrznej kontroli. 

Nowy artykuł badawczy zatytułowany „Microscopic Robots with Onboard Digital Control,” został opublikowany w Science Robotics. 

Grupy badaczy już wcześniej opracowały mikroskopijne maszyny, które mają możliwość pełzania, pływania, składania się i więcej. Jednak zawsze używano przewodów do generowania ruchu i dostarczania prądu elektrycznego, lub wiązki laserowej musiały być skupione na określonych miejscach robotów. 

Itai Cohen jest profesorem fizyki. 

„Przedtem musieliśmy literalnie manipulować tymi ‘sznurkami’, aby uzyskać jakąkolwiek odpowiedź z robota,” mówi prof. Cohen. „Ale teraz mamy te ‘mózgi’ na pokładzie, jest to jak zdjęcie sznurków z marionetki. Jest to jak gdy Pinokio zyskuje świadomość.” 

Nowe rozwiązania mogą pomóc w wprowadzeniu nowej generacji mikroskopijnych urządzeń, które mogą robić rzeczy takie jak śledzenie bakterii, identyfikowanie chemikaliów, walka z zanieczyszczeniami i wiele więcej. 

Zespół składał się z badaczy z laboratoriów Cohena, Alyosha Maoinar, associate professor of electrical and computer engineering; i Paula McEuen, profesora nauk fizycznych. Głównym autorem artykułu jest postdoctoral researcher Michael Reynolds. 

Co to są elektroniczne „mózgi” 

Elektroniczne „mózgi”, o których mówi zespół, to komplementarny metal-oxide-semiconductor (CMOS) obwód zegarowy, który składa się z tysiąca tranzystorów i tablicy diod, rezystorów i kondensatorów. Z zintegrowanym obwodem CMOS, sygnał może być wygenerowany w celu wytworzenia serii fazowo-przesuniętych częstotliwości fal kwadratowych, które ustawiają chód robota. Nogi robota są platynowymi aktuatorami, a zarówno obwód, jak i nogi są zasilane przez fotowoltaikę. 

„Ostatecznie, możliwość komunikowania się z poleceniem pozwoli nam dać robotowi instrukcje, a wewnętrzny ‘mózg’ sam rozwiązuje, jak je wykonać,” mówi Cohen. „Wtedy prowadzimy rozmowę z robotem. Robot może nam coś powiedzieć o swoim otoczeniu, a my możemy zareagować, mówiąc: ‘OK, idź tam i spróbuj dowiedzieć się, co się dzieje.’” 

Makroskopijne roboty, które mają na pokładzie elektroniczne CMOS, są około 10 000 razy większe niż ten nowo opracowany robot, który może również chodzić z prędkością większą niż 10 mikrometrów na sekundę. 

Innowacyjny proces produkcji opracowany przez zespół doprowadził do platformy, która może pomóc innym badaczom wyposażyć mikroskopijne roboty we własne aplikacje, które mogą obejmować detektory chemiczne lub fotowoltaiczne „oczy”, które pomagają robotom nawigować, wykrywając zmiany światła. 

„To pozwala nam wyobrazić sobie naprawdę złożone, wysoko funkcjonalne mikroskopijne roboty, które mają wysoki stopień programowalności, zintegrowane z aktuatorami, a także czujnikami,” mówi Reynolds. „Jesteśmy podekscytowani zastosowaniami w medycynie – coś, co mogłoby poruszać się w tkance i identyfikować dobre komórki i zabijać złe komórki – oraz w ochronie środowiska, życie, gdybyś miał robota, który wiedział, jak rozłożyć zanieczyszczenia lub wykryć niebezpieczne chemikalia i pozbyć się ich.”