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 poruszanie się bez zewnętrznej kontroli.

Nowy artykuł badawczy zatytułowany „Mikroskopowe roboty z cyfrowym sterowaniem na pokładzie” został opublikowany w Science Robotics.

Grupy badaczy już wcześniej opracowały mikroskopowe maszyny, które potrafią pełzać, pływać, składać się i wiele więcej. Jednak zawsze używano przewodów do generowania ruchu i dostarczania prądu elektrycznego lub laserów, które musiały być skupione na określonych miejscach robotów.

Itai Cohen jest profesorem fizyki.

„Przedtem musieliśmy literalnie manipulować tymi „sznurkami”, aby uzyskać jakąkolwiek odpowiedź od 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 mikroskopowych urządzeń, które mogą robić rzeczy takie jak śledzenie bakterii, identyfikowanie substancji chemicznych, zwalczanie zanieczyszczeń i wiele więcej.

Zespół składał się z badaczy z laboratoriów Cohena, Alyoshi Maoinar, associate profesora inżynierii elektrycznej i komputerowej oraz Paula McEuen, profesora nauk fizycznych. Głównym autorem artykułu jest postdoktorant Michael Reynolds.

Czym jest Elektroniczny “Mózg”?

Elektroniczny „mózg”, o którym mówi zespół, jest układem zegarowym z tranzystorami i tablicą diod, rezystorów i kondensatorów. Zintegrowany układ CMOS pozwala wygenerować sygnał, który produkuje szereg fazowo przesuniętych częstotliwości kwadratowych, które ustawiają chód robota. Nogi robota są wykonane z platyny i zarówno układ, jak i nogi są zasilane przez ogniwa fotowoltaiczne.

„Ostatecznie, możliwość komunikowania się z robotem pozwoli nam wydawać mu polecenia, a wewnętrzny mózg będzie w stanie je wykonać”, mówi Cohen. „Wtedy będziemy prowadzili rozmowę z robotem. Robot może nam coś powiedzieć o swoim otoczeniu, a my możemy zareagować, mówiąc: „OK, idź tam i spróbuj się dowiedzieć, co się dzieje.”

Makroskopowe roboty z elektroniką CMOS na pokładzie 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 stworzenia platformy, która może pomóc innym badaczom wyposażyć mikroskopowe roboty w własne aplikacje, które mogą obejmować detektory chemiczne lub ogniwa fotowoltaiczne „oczy”, które pomagają robotom nawigować, wykrywając zmiany światła.

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