Исследователи создали самых маленьких в мире автономных роботов: их размеры меньше крупинки соли

Эти роботы, размером примерно 200 х 300 х 50 микрометров, меньше крупинки соли и едва различимы человеческому глазу.

Более того, они способны воспринимать окружающую среду, реагировать на раздражители и работать автономно в течение нескольких месяцев при себестоимости производства всего в один цент за единицу.

И что особенно примечательно, работая в масштабе, сопоставимом со многими биологическими микроорганизмами, они обещают произвести революцию в таких областях, как медицина.

Это, например, относится к мониторингу отдельных клеток или к автоматизированному производству микроустройств для промышленности.

Преодоление субмиллиметрового барьера

На протяжении десятилетий электронные компоненты уменьшались в размерах в геометрической прогрессии, но робототехника не успевала за этим прогрессом.

Техническая задача миниатюризации функциональных механических компонентов удерживала эту область в тупике почти 40 лет.

«Создание роботов, способных работать независимо, размерами менее миллиметра, невероятно сложно», — объясняет Марк Мискин, профессор инженерного факультета Пенсильванского университета и ведущий автор исследования.

В таком масштабе силы, доминирующие в нашем мире, такие как гравитация и инерция, становятся менее значимыми по сравнению с поверхностными силами, такими как вязкость.

По словам Мискина, для робота такого размера передвижение по воде сродни попытке продвинуться сквозь смолу.

Поэтому команда исключила механические руки или ноги — слишком хрупкие и сложные в изготовлении — и разработала совершенно новую систему движения, использующую физические принципы микроскопической среды. Таким образом, вместо того чтобы изгибать свои тела, эти роботы генерируют электрическое поле, которое толкает ионы в окружающей жидкости. Эти ионы, в свою очередь, перемещают молекулы воды, создавая ток, который приводит робота в движение без необходимости использования движущихся частей, которые могли бы изнашиваться.

"Мозг" с низким энергопотреблением

Для достижения подлинной автономности команда Дэвида Блау из Мичиганского университета разработала микрокомпьютер, способный работать всего на 75 нановаттах.

Это означает энергопотребление в 100 000 раз меньше, чем у обычных умных часов, что является необходимым условием для работы с миниатюрными солнечными батареями.

Поскольку панели занимают почти всю поверхность робота, исследователям пришлось переработать инструкции программирования, чтобы уместить их в крошечную память.

В результате получился первый субмиллиметровый робот, способный «думать», обрабатывать информацию и действовать соответствующим образом автономно.

Этот технологический прогресс позволяет роботу быть не просто пассивной машиной, а агентом, способным выполнять сложные задачи.

Благодаря интеграции процессора, памяти и датчиков в такое маленькое пространство, удалось преодолеть разрыв между передовыми вычислительными технологиями и микроскопической робототехникой.

Роботы, которые чувствуют, помнят и реагируют

Роботы оснащены электронными датчиками, способными обнаруживать изменения температуры с точностью до одной трети градуса Цельсия. Это позволяет им, например, перемещаться в более теплые зоны или сообщать о клеточной активности, выполняя функцию микроскопических мониторов состояния здоровья.

Чтобы передать эти данные исследователям, они выполняют определенную хореографию.

«Мы разработали специальную инструкцию, которая кодирует значения, такие как измеренная температура, в движениях небольшого танца», — говорит Блау.

Ученые наблюдают за этим танцем через микроскоп и расшифровывают сообщение, подобно тому, как общаются пчелы.

Такая высокая адаптивность стала возможной благодаря тому, что конструкция была задумана как универсальная платформа, способная интегрировать новые функции по мере необходимости.

В этом смысле ее способность организовываться в скоординированные рои может позволить создавать системы предотвращения образования хвостов на микроскопическом уровне, оптимизируя поток веществ или микрокомпонентов в промышленных процессах.

«Это всего лишь первая глава», — заключает Мискин.

Команда уверена, что, заложив этот фундамент, можно будет добавить и другие уровни интеллекта.

Это открывает двери в будущее, где рои невидимых роботов будут выполнять важнейшие задачи с беспрецедентной точностью в ранее недоступных условиях.

источник