Naukowcy opracowują pierwsze mikroskopowe roboty zdolne do „chodzenia”

W przełomowym odkryciu w dziedzinie robotyki, naukowcy stworzyli pierwsze mikroskopowe roboty, które mogą być kontrolowane za pomocą wbudowanych komponentów półprzewodnikowych. Roboty są w stanie „chodzić” za pomocą standardowych sygnałów elektronicznych.

Mikroskopowe roboty mają rozmiar paramecium i będą służyć jako podstawa do dalszych projektów. Niektóre z nich mogą obejmować złożone wersje z inteligencją opartą na krzemie, masową produkcję takich robotów oraz wersje zdolne do poruszania się przez tkankę i krew ludzką.

Pracę tę prowadził zespół kierowany przez Cornell University, w skład którego wchodził Itai Cohen, profesor fizyki. Innymi członkami zespołu byli Paul McEuen, profesor John A. Newman Professor of Physical Science, oraz Marc Miskin, asystent profesora na Uniwersytecie Pensylwanii.

Ich praca została opublikowana 26 sierpnia w Nature, pt. „Electronically Integrated, Mass-Manufactured, Microscopic Robots”.

Poprzednie projekty na nanoskali

Opracowane mikroskopowe roboty zostały zbudowane na podstawie wcześniejszych prac Cohena i McEuen. Niektóre z ich poprzednich projektów na nanoskali obejmowały mikroskopowe czujniki i maszyny origami oparte na grafenie. 

Nowe mikroskopowe roboty mają grubość około 5 mikronów, szerokość 40 mikronów i długość od 40 do 70 mikronów. Jeden mikron to jeden milionty metra. 

Każdy robot ma prosty obwód, który składa się z fotowoltaiki krzemowej i czterech elektrochemicznych siłowników. Fotowoltaika krzemowa pełni rolę tułowia i mózgu, podczas gdy elektrochemiczne siłowniki pełnią rolę nóg.

Sterowanie mikroskopowymi robotami

Aby sterować robotami, naukowcy emitują impulsy laserowe w różnych fotowoltaikach, z których każda stanowi oddzielną parę nóg. Roboty są w stanie „chodzić”, gdy laser jest przełączany tam i z powrotem między przednimi i tylnymi fotowoltaikami.

Roboty działają przy niskim napięciu 200 milivoltów i zużywają tylko 10 nanowatów mocy. Materiał jest wytrzymały dla tak małego obiektu i może być wytwarzany równolegle, ponieważ jest konstruowany przy użyciu standardowych procesów litograficznych. Na czterocalowym krzemowym waflie może być umieszczonych około 1 miliona robotów.

Zespół obecnie bada, jak uczynić roboty bardziej wydajnymi za pomocą elektroniki i obliczeń na pokładzie. 

Możliwe, że przyszłe wersje mikrorobotów będą mogły działać w stadach i wykonywać zadania, takie jak przebudowa materiałów, szycie naczyń krwionośnych lub mogą być wysłane do ludzkiego mózgu. 

“Sterowanie małym robotem to może być najbliższe zredukowaniu się do mniejszych rozmiarów. Uważam, że maszyny takie jak te wprowadzą nas w różne niesamowite światy, które są zbyt małe, aby je zobaczyć”, powiedział Miskin.

“To przełomowe odkrycie naukowe zapewnia ekscytujące możliwości badawcze dla zbadania nowych pytań dotyczących fizyki aktywnej materii i może ostatecznie doprowadzić do futurystycznych materiałów robotycznych”, powiedział Sam Stanton. 

Stanton jest menedżerem programu w Army Research Office, który wspierał badania nad mikroskopowymi robotami. 

Film z Itai Cohen wyjaśniający technologię można znaleźć tutaj.