rozwiń ›

Roboty mniejsze niż ziarenko soli

Każdy z tych robotów ma wymiary zaledwie około 200 × 300 × 50 mikrometrów. Są więc ledwo widoczne gołym okiem i poruszają się w świecie porównywalnym do środowiska bakterii czy komórek. To właśnie ta skala sprawia, że mogą w przyszłości znaleźć zastosowanie w medycynie, biologii czy zaawansowanej produkcji mikroukładów. Co więcej, koszt pojedynczego robota to około jeden cent, a ich konstrukcja pozwala na masową produkcję.

Reklama

Dlaczego tak trudno zbudować mikrorobota?

Przez dziesięciolecia elektronika systematycznie się miniaturyzowała, ale roboty pozostawały „uwięzione” w skali milimetrów. Powód jest prosty: prawa fizyki działają inaczej w świecie mikro. Gdy obiekty stają się bardzo małe, dominują siły lepkości i oporu, a poruszanie się w wodzie zaczyna przypominać brodzenie w gęstej smo­le.

Tradycyjne rozwiązania – takie jak nóżki, ramiona czy przeguby – okazują się zbyt delikatne i trudne do wykonania. Zespół badaczy musiał więc całkowicie zmienić podejście do napędu.

Pływanie bez machania „płetwami”

Reklama

Nowe roboty nie poruszają się jak ryby. Zamiast wyginać ciało, wytwarzają pole elektryczne, które wprawia w ruch jony w otaczającym płynie. Jony oddziałują z cząsteczkami wody, powodując jej ruch wokół robota – a ten „daje się nieść” wytworzonemu przez siebie mikroprądowi.

Dzięki regulacji pola elektrycznego roboty mogą pływać po złożonych trajektoriach, poruszać się w skoordynowanych grupach oraz osiągać prędkość do jednej długości własnego ciała na sekundę. Brak ruchomych części sprawia, że są wyjątkowo trwałe – można je wielokrotnie przenosić mikropipetą bez ryzyka uszkodzenia.

Zasilanie światłem i… mózg na chipie

Roboty są zasilane światłem, na przykład z diody LED, i mogą działać nieprzerwanie przez wiele miesięcy. Jednak prawdziwym przełomem jest coś innego: każdy z nich ma prawdziwy komputer – z procesorem, pamięcią i czujnikami – zintegrowany na mikroskopijnym układzie.

To osiągnięcie było możliwe dzięki współpracy z zespołem specjalistów od ultraniskomocnej elektroniki z Uniwersytetu Michigan. Panele słoneczne robota wytwarzają zaledwie 75 nanowatów mocy – ponad 100 tysięcy razy mniej niż zużywa smartwatch. Aby to wystarczyło, naukowcy zaprojektowali specjalne układy działające przy ekstremalnie niskim napięciu oraz maksymalnie uprościli zestaw instrukcji komputerowych.

Robot, który czuje i reaguje

Dzięki wbudowanym czujnikom roboty potrafią mierzyć temperaturę z dokładnością do jednej trzeciej stopnia Celsjusza. Mogą więc poruszać się w kierunku cieplejszych obszarów, monitorować temperaturę jako wskaźnik aktywności komórek i „raportować” swoje pomiary w nietypowy sposób.

Zamiast wysyłać dane radiowo, robot koduje informacje w ruchu – wykonując charakterystyczny „taniec”, który naukowcy odczytują pod mikroskopem. To rozwiązanie inspirowane jest… sposobem komunikacji pszczół miodnych.

Programowanie światłem

Każdy robot ma unikalny adres, dzięki czemu można wgrywać do niego indywidualny program za pomocą impulsów świetlnych. Oznacza to, że w przyszłości całe „roje” mikrorobotów będą mogły współpracować, a każdy z nich będzie pełnił inną funkcję w ramach wspólnego zadania.

Obecna konstrukcja to dopiero początek. Naukowcy zakładają, że kolejne generacje mikrorobotów będą szybsze, bardziej „inteligentne” i wyposażone w nowe czujniki.

Jak podkreślają badacze, udało się po raz pierwszy połączyć mózg, czujnik i napęd w obiekcie niemal niewidocznym dla ludzkiego oka – i sprawić, by działał niezawodnie przez długi czas.

To przełom, który może otworzyć zupełnie nowy rozdział w medycynie, biologii i inżynierii. Robotyka w skali mikro właśnie przestała być science fiction.

Źródło: University of Pennsylvania