Cercetatorii au dezvoltat roboti microscopici, alimentati cu lumina, care pot gândi, înota si functiona autonom timp de luni de zile.
Inovatia, realizata de echipe de la Universitatea din Pennsylvania si Universitatea din Michigan, marcheaza aparitia celor mai mici roboti complet programabili si autonomi creati vreodata.
Mai mici decât un graunte de sare
Cu dimensiuni de aproximativ 200 x 300 x 50 micrometri – acesti microroboti sunt abia vizibili cu ochiul liber. Cu toate acestea, ei integreaza senzori, un computer microscopic si un sistem de propulsie, ceea ce le permite sa perceapa mediul, sa ia decizii si sa se deplaseze fara niciun control extern.
Costul de productie este sur-prinzator de redus: aproximativ un cent per unitate. Micsorarea robotilor s-a dovedit extrem de dificila din cauza legilor fizicii care domina la scara microscopica.
La dimensiuni foarte mici, fortele de frecare si vâscozitate devin coplesitoare, iar miscarea prin lichide este comparabila cu deplasarea prin smoala.
Din acest motiv, mecanismele clasice cu brate sau picioare sunt fragile si greu de fabricat. Pentru a depasi aceste limite, cercetatorii au conceput un mod complet nou de deplasare.
În loc sa foloseasca piese mobile, microrobotii genereaza câmpuri electrice care pun în miscare particulele încarcate electric din lichidul din jur. Aceste particule trag dupa ele moleculele de apa, creând un curent care deplaseaza robotul. Prin ajustarea câmpului electric, robotii pot schimba directia, pot urma trasee complexe si chiar se pot coordona în grupuri, asemenea bancurilor de pesti.
Inteligenta alimentata de lumina
Alimentati exclusiv cu lumina, prin panouri solare microscopice, robotii pot functiona luni de zile fara degradare. Durabilitatea lor este remarcabila, fiind lipsiti de componente mecanice care s-ar putea rupe.
Viteza de deplasare poate ajunge pâna la 0,2 milimetri pe secunda. Inteligenta acestor dispozitive este asigurata de un computer miniaturizat, dezvoltat de echipa condusa de profesorul David Blaauw de la Universitatea din Michigan.
Provocarea majora a fost energia: panourile solare produc doar 75 de nanowati, de peste 100.000 de ori mai putin decât consuma un ceas inteligent. Solutia a constat în circuite speciale care functioneaza la tensiuni extrem de mici si într-un software radical simplificat, adaptat memoriei infime disponibile.
Microrobotii pot detecta variatii de temperatura de pâna la o treime de grad Celsius, o capacitate care le-ar putea permite, în viitor, sa monitorizeze activitatea celulelor individuale. Pentru a „comunica” aceste date, cercetatorii au inventat un sistem ingenios: robotul transmite informatia printr-un mic „dans”, ale carui miscari sunt decodate ulterior cu ajutorul unui microscop si al unei camere video, într-un mod similar cu comunicarea albinelor. Lumina nu doar alimenteaza robotii, ci este folosita si pentru programarea lor.
Fiecare unitate are o adresa unica, permitând atribuirea unor sarcini diferite în cadrul unei misiuni comune. Cercetatorii subliniaza ca acesti roboti reprezinta doar începutul. Versiunile viitoare ar putea include senzori suplimentari, programe mai complexe si aplicatii în medicina, cercetarea celulara sau fabricarea dispozitivelor avansate.
Ce pot face robotii viitorului?
Impactul potential al acestei tehnologii este considerabil. Pentru prima data, cercetatorii au demonstrat ca este posibila integrarea completa a unui „creier”, a senzorilor si a unui sistem de propulsie într-un robot mai mic de un milimetru, fara a apela la cabluri, câmpuri magnetice sau control extern. Aceasta autonomie reala diferentiaza microrobotii de alte dispozitive experimentale dezvoltate anterior, care necesitau interventie constanta din exterior.
În medicina, microrobotii ar putea deveni instrumente extrem de precise pentru monitorizarea proceselor biologice la nivel celular. Capacitatea lor de a detecta modificari minime de temperatura ar putea fi folosita pentru a identifica inflamatii, activitate metabolica crescuta sau raspunsuri ale celulelor la tratamente.
În viitor, versiuni mai avansate ar putea transporta substante active sau ar putea interveni direct în zone greu accesibile ale corpului uman. În domeniul ingineriei si al productiei avansate, acesti roboti ar putea ajuta la asamblarea unor structuri extrem de mici, imposibil de manipulat cu instrumente conventionale.
Pentru industria semiconductorilor sau a dispozitivelor medicale miniaturizate, o astfel de tehnologie ar putea schimba radical procesele de fabricatie.
Un alt aspect important este lucrul în echipa. Deoarece fiecare robot poate fi programat individual prin lumina si are o adresa unica, grupuri întregi de microroboti pot îndeplini sarcini diferite în paralel.
Cercetatorii compara acest comportament cu cel al insectelor sociale, unde fiecare individ are un rol clar într-o activitate colectiva. Aceasta abordare ar putea permite realizarea unor operatiuni complexe prin cooperarea a sute sau mii de roboti microscopici. Desi tehnologia este înca în stadiu experimental, cercetatorii subliniaza ca platforma a fost conceputa pentru a fi scalabila si accesibila.
Costul redus de productie si utilizarea unor procese standard de fabricatie electronica fac posibila dezvoltarea rapida a generatiilor urmatoare. În plus, lipsa pieselor mobile reduce riscul de defectare si creste durata de viata a dispozitivelor.
GABRIEL TUDOR
Comentarii