Електронні “мозки” дозволяють розумним мікророботам ходити

Команда дослідників з Корнелльського університету встановила електронні “мозки” на сонячних роботах, розміром лише 100-250 мікрометрів, що дозволяє їм ходити автономно без зовнішнього контролю.

Нова дослідницька робота під назвою “Мікроскопічні робототехніки з цифровим контролем на борту” була опублікована в Science Robotics.

Групи дослідників вже розробили мікроскопічні машини, які можуть повзати, плавати, складатися та виконувати інші дії. Однак для генерації руху та подачі електричного струму завжди використовувалися дроти або лазерні промені, спрямовані на конкретні місця роботів.

Ітай Коен – професор фізики.

“Раніше нам доводилося маніпулювати цими “струнами”, щоб отримати будь-яку реакцію від робота”, – говорить професор Коен. “Але тепер у нас є ці “мозки” на борту, це як зняття строк з маріонетки. Це як коли Піноккіо набуває свідомості”.

Нові розробки можуть допомогти запустити нове покоління мікроскопічних пристроїв, які зможуть відстежувати бактерії, визначати хімічні речовини, боротися з забруднювачами та багато іншого.

У команду входили дослідники з лабораторій Коена, Аліоші Маоінара, доцента електротехніки та комп’ютерних наук; і Пола Мак’юена, професора фізичних наук. Ведучим автором статті є постдокторант Майкл Рейнолдс.

Що таке електронні “мозки”

Електронний “мозок”, про який говорить команда, являє собою комплементарний метал-оксид-полупровідниковий (CMOS) годинниковий контур, який складається з тисячі транзисторів та масиву діодів, резисторів та конденсаторів. З інтегрованим CMOS-контуром можна генерувати сигнал, який створює серію фазозсунутих квадратних хвиль, що встановлює ходу робота. Ноги робота являють собою платинові актуатори, а контур та ноги живляться від фотогальванічних елементів.

“В кінцевому підсумку, можливість передавати команди дозволить нам давати роботові інструкції, а внутрішній мозок розбереться, як їх виконувати”, – говорить Коен. “Тоді ми ведемо розмову з роботом. Робот може розповісти нам щось про своє оточення, а потім ми можемо реагувати, кажучи: “Гаразд, йди туди та спробуй з’ясувати, що відбувається””.

Макроскопічні робототехніки з бортовими електронними пристроями CMOS у 10 000 разів більші за нового робота, який може ходити зі швидкістю понад 10 мікрометрів за секунду.

Інноваційний процес виготовлення, розроблений командою, призвів до створення платформи, яка допоможе іншим дослідникам оснастити мікроскопічні робототехніки власними додатками, до яких можуть входити хімічні детектори або фотогальванічні “очі”, які допоможуть роботам орієнтуватися, відчуваючи зміни освітлення.

“Це дозволяє уявити собі справді складні, високофункціональні мікроскопічні робототехніки з високим рівнем програмування, інтегровані не тільки з актуаторами, але й з датчиками”, – говорить Рейнолдс. “Нас цікавлять застосування в медицині – щось, що може рухатися в тканині та визначати добрі клітини та вбивати погані клітини – та в охороні довкілля, наприклад, якщо у вас є робот, який знає, як розбити забруднювачі або виявити небезпечну хімічну речовину та позбуватися її”.