Roboții microscopici, care funcționează cu energie solară, sunt controlați fără fir și îndeplinesc sarcini autonome, extinzând posibilitățile roboticii moderne.
Cuprins
Oamenii de știință din Statele Unite au creat cel mai mic robot autonom și programabil din lume. Datorită dimensiunilor sale, acesta era invizibil cu ochiul liber. A funcționat cu energie solară timp de câteva luni și a costat mai puțin de 0,01 dolari pe unitate.
Această descoperire a extins domeniul de aplicare al roboticii în medicină și procesele industriale. Cercetătorii de la Universitatea din Pennsylvania și Universitatea din Michigan au prezentat această tehnologie în revistele Science Robotics și PNAS .
Acești microroboți aveau o înălțime de 200 până la 300 de micrometri și o lățime de 50 de micrometri . Grupul științific a indicat că reducerea dimensiunilor a atins o scară de 10 000 de ori mai mică decât cea observată de obicei în robotică. Scopul era de a descoperi o nouă direcție pentru mașinile programabile la nivel microscopic.
Roboții funcționau fără fir și fără control extern. În fiecare bloc erau integrate senzori și panouri solare , care asigurau alimentarea necesară. Dispozitivele puteau funcționa autonom timp de câteva luni, iar costul lor era minim.
În ultimele decenii, miniaturizarea electronică s-a dezvoltat rapid. Nu același lucru se poate spune despre robotică. Această industrie s-a confruntat cu un obstacol tehnic care împiedica funcționarea autonomă la scară milimetrică. Problema a persistat timp de aproape 40 de ani . Principiile fizice la astfel de dimensiuni s-au schimbat complet.
Gravitația și inerția au încetat să mai aibă influență, iar factori precum rezistența aerului și vâscozitatea au început să domine în mediul înconjurător. În aceste condiții, membrele articulate sau brațele au devenit fragile și ineficiente.
Sistemul de deplasare bazat pe „înotul” microscopic.
Pentru a rezolva această problemă, cercetătorii au dezvoltat o altă metodă de deplasare. Fiecare robot genera un câmp electric care împingea ionii din lichidul înconjurător. Acești ioni împingeau moleculele de apă, creând un flux de mișcare. Mișcarea imita unul dintre tipurile de înot eficiente la o astfel de scară.
Roboții reglau câmpul electric pentru a efectua mișcări complexe. De asemenea, acționau în grupuri coordonate, efectuând mișcări comparabile cu cele ale unui banc de pești. Viteza lor atingea o lungime de corp pe secundă . Absența părților mobile asigura rezistența și permitea utilizarea repetată a roboților fără a se deteriora.
Dezvoltarea sistemului autonom a fost completată de contribuția laboratorului David Blau de la Universitatea din Michigan. Echipa a creat unele dintre cele mai mici computere din lume. Sarcina a constat în asigurarea funcționării acestora cu un consum de energie de doar 75 nanowați, ceea ce este de 100.000 de ori mai puțin decât consumul de energie al ceasurilor inteligente.
Schemele au fost proiectate pentru a funcționa la tensiuni foarte scăzute și au permis reducerea consumului de energie de peste o mie de ori. Grupul de cercetători a modificat modul de stocare și executare a instrucțiunilor. Codul programului a fost comprimat astfel încât să încapă în memoria microscopică fără a pierde din performanță.
Roboți care determină temperatura și trimit semnale.
În micro-roboți au fost încorporați senzori capabili să măsoare temperatura cu o precizie de aproximativ 0,3 °C . Această capacitate le-a permis să se deplaseze în zone mai calde și să îndeplinească sarcini de monitorizare termică.
Pentru transferul datelor, echipa a creat un sistem bazat pe secvențe de mișcări . Fiecare robot a codificat informațiile sub forma unui șablon recunoscut la microscop. Această metodă amintea de modul în care albinele transmit informații prin mișcări.
Fiecare bloc avea, de asemenea, un cod unic, care permitea programarea individuală cu ajutorul impulsurilor luminoase. Acest lucru le-a permis diferiților roboți să îndeplinească anumite funcții în cadrul aceleiași misiuni.
Cercetătorii au explicat că această versiune servește ca bază pentru îmbunătățiri viitoare. Roboții vor putea executa programe mai complexe și vor putea integra senzori suplimentari. De asemenea, vor putea să-și mărească viteza și să funcționeze în condiții mai complexe.
Se așteaptă ca acest lucru să deschidă noi oportunități în medicină , în special în urmărirea celulelor individuale. Sectorul industrial ar putea, de asemenea, să beneficieze de instrumente capabile să creeze sau să controleze dispozitive la scară microscopică.
