Naukowcy opracowali 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” tylko z użyciem 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.

Praca była współpracą pod przewodnictwem Uniwersytetu Cornella, w której uczestniczył Itai Cohen, profesor fizyki. Inni członkowie zespołu obejmowali Paula McEuen, profesora nauk fizycznych, oraz Marca Miskina, asystenta profesora na Uniwersytecie Pensylwanii.

Ich praca została opublikowana 26 sierpnia w Nature, pod tytułem „Elektronicznie zintegrowane, masowo wytwarzane, mikroskopowe roboty.”

Poprzednie projekty w skali nano

Nowo opracowane mikroskopowe roboty zostały zbudowane na podstawie wcześniejszej pracy Cohena i McEuen. Niektóre z ich poprzednich projektów w skali nano obejmowały mikroskopowe sensory 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 milionowy metra.

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

Sterowanie mikroskopowymi robotami

Aby kontrolować roboty, 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 tylko przy niskim napięciu 200 milivoltów i zużywają tylko 10 nanowatów mocy. Materiał jest wyjątkowo wytrzymały dla tak małego obiektu i może być wytwarzany równolegle, ponieważ jest konstruowany przy użyciu standardowych procesów litograficznych. Na jednej czterocalowej płycie krzemowej może być nawet milion 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 być wysłane do ludzkiego mózgu.

“Kontrolowanie małego robota to może najbliższe podejście do zmniejszenia się. Myślę, 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 nowych pytań dotyczących fizyki aktywnej materii i może ostatecznie doprowadzić do futurystycznych materiałów roboczych”, powiedział Sam Stanton.

Stanton jest menadżerem programu w Biurze Badań Armii, które wspierało badania mikroskopowych robotów.

Film z Itai Cohenem wyjaśniającym technologię można znaleźć tutaj.