Forskare Utvecklar Första Mikroskopiska Robotar som Kan “Gå”

Inom ramen för ett genombrott inom robotikområdet har forskare skapat de första mikroskopiska robotarna som kan styras genom deras integrerade halvledarkomponenter. Robotarna kan “gå” med hjälp av standardmässiga elektroniska signaler.

De mikroskopiska robotarna är lika stora som en paramecium, och de kommer att fungera som grund för framtida projekt. Några av dessa projekt kan inkludera komplexa versioner med silikonbaserad intelligens, massproduktion av sådana robotar och versioner som kan röra sig genom mänskliga vävnader och blod.

Arbetet var ett samarbete lett av Cornell University, som inkluderade Itai Cohen, professor i fysik. Andra medlemmar i teamet inkluderade Paul McEuen, John A. Newman Professor of Physical Science, samt Marc Miskin, biträdande professor vid University of Pennsylvania.

Deras arbete publicerades den 26 augusti i Nature, med titeln “Electronically Integrated, Mass-Manufactured, Microscopic Robots.”

Tidigare Nanoskala Projekt

De nyligen utvecklade mikroskopiska robotarna byggdes på tidigare arbete utfört av Cohen och McEuen. Några av deras tidigare nanoskala projekt inkluderade mikroskopiska sensorer och grafenbaserade origami maskiner. 

De nya mikroskopiska robotarna är cirka 5 mikron tjocka, 40 mikron breda och mellan 40 till 70 mikron långa. En mikron är bara en miljondel av en meter. 

Varje robot har en enkel krets som består av silikon fotovoltaiska celler och fyra elektrokemiska aktuatorer. Silikon fotovoltaiska cellerna fungerar som kropp och hjärna, medan de elektrokemiska aktuatorerna fungerar som ben.

Styrning av Mikroskopiska Robotar

För att styra robotarna, använder forskarna laserpulser som blinkar mot olika fotovoltaiska celler, där varje cell utgör en separat uppsättning ben. Robotarna kan gå när lasern växlar fram och tillbaka mellan de främre och bakre fotovoltaiska cellerna.

Robotarna fungerar bara vid en låg spänning på 200 millivolt, och de drivs av bara 10 nanowatt effekt. Materialet är starkt för ett sådant litet föremål, och de kan tillverkas parallellt eftersom de konstrueras med standardlitografiska processer. På en enda fyra tum stor kiselskiva kan det finnas runt 1 miljon robotar.

Teamet undersöker nu hur man kan göra robotarna mer kraftfulla genom elektronik och omborddatorberäkning. 

Det är möjligt att framtida versioner av mikrorobotar kan agera i svärmar och utföra uppgifter som omstrukturering av material, syning av blodkärl eller skickas till den mänskliga hjärnan. 

“Att styra en liten robot är kanske så nära man kan komma till att förminska sig själv. Jag tror att maskiner som dessa kommer att ta oss till alla slags fantastiska världar som är för små att se,” sa Miskin.

“Denna forskningsgenombrott ger spännande vetenskapliga möjligheter för att undersöka nya frågor som är relevanta för fysiken i aktiv materia och kan slutligen leda till framtida robotmaterial,” sa Sam Stanton. 

Stanton är programchef för Army Research Office, som stödde den mikroskopiska robotforskningen. 

En video där Itai Cohen förklarar tekniken kan hittas här.