Електронні “мозки” дозволяють розумним мікророботам ходити

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

Нова дослідницька робота під назвою “Мікроскопічні роботи 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, які мали бути сфокусовані на певних місцях роботів.

Ітай Коен – професор фізики.

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

Нові розробки можуть допомогти запустити нове покоління мікроскопічних пристроїв, які зможуть виконувати дії, такі як відстежування бактерій, ідентифікація хімічних речовин, боротьба з забруднювачами та багато іншого.

Команда включала дослідників з лабораторій Коена, Аліоші Маоінара, асоційованого професора електротехніки та комп’ютерних наук; і Пола Мак’юена, професора фізичної науки. Ведучим автором статті є постдокторантський дослідник 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 і масиву діодів, резисторів і конденсаторів. З інтегрованим CMOS-контуром можна генерувати сигнал для виробництва серії фазозмінених квадратних хвиль, які встановлюють ходу робота. Ноги робота являють собою платинові актуатори, а контур і ноги живляться від фотovoltaїчних елементів.

“В кінцевому підсумку, можливість передавати команди дозволить нам давати роботам інструкції, а внутрішній мозок буде розбиратися, як їх виконувати”, – каже Коен. “Тоді ми будемо розмовляти з роботом. Робот може розповісти нам щось про своє середовище, а потім ми можемо реагувати, кажучи: “Гаразд, ідіть туди і спробуйте розібратися, що відбувається”.

Макроскопічні роботи з електронікою CMOS на борту в 10 000 разів більші за цей новий робот, який також може ходити зі швидкістю понад 10 мікрометрів за секунду.

Інноваційний процес виготовлення, розроблений командою, призвів до створення платформи, яка допоможе іншим дослідникам оснастити мікроскопічні роботи своїми власними додатками, які можуть включати в себе хімічні детектори або фотovoltaїчні “очі”, які допоможуть роботам орієнтуватися, відчуваючи зміни освітлення.

“Це дозволяє нам уявити собі дуже складні, високофункціональні мікроскопічні роботи з високим рівнем програмування, інтегровані не тільки з актуаторами, але й з датчиками”, – каже Рейнолдс. “Ми раді застосуванню в медицині – щось, що може рухатися в тканині та ідентифікувати добрі клітини і вбивати погані клітини – і в екологічному виправленні, якщо у вас є робот, який знає, як розбити забруднювачі або виявити небезпечну хімічну речовину і позбутися її”.