Výzkumníci z University of Pennsylvania a University of Michigan dosáhli významného pokroku v robotice: vytvořili plně autonomní roboty na solární pohon, jejichž výroba stojí pouhý jeden cent. Tyto stroje jsou menší než zrnko soli a překonávají desítky let staré výzvy v mikrorobotice pomocí elektrického pohonu a nových obvodů. Tento vývoj otevírá dveře pokroku v nanotechnologiích, lékařském výzkumu a dalších.
Věčný problém v mikrorobotice
Již 40 let čelí robotika výzvám při vytváření nezávislých robotů v submilimetrovém měřítku. Problém není jen v miniaturizaci, ale také ve fyzice. Jak se objekty zmenšují, setrvačnost se stává méně dominantní, zatímco převládají povrchové efekty, jako je viskozita a odpor. To znamená, že tradiční konstrukce pohonu, jako jsou nohy nebo paže, se v mikroměřítku stávají nepraktickými – pohon v kapalinách v tomto měřítku je podobný pohybu po pryskyřici. Řešení týmu obchází potřebu mechanických končetin a místo toho spoléhá na elektrická pole k pohonu robotů.
Jak fungují: elektřina, ionty a voda
Každý robot o rozměrech přibližně 200 x 300 x 50 mikrometrů přeměňuje energii z malých solárních panelů na elektrické pole, když je ponořen do roztoku. Toto pole tlačí blízké ionty, které pak vytlačují okolní molekuly vody a vytvářejí pohyb. Roboti se neomezují pouze na pohyb vpřed nebo vzad: úpravou elektrického pole se mohou pohybovat jednotlivě nebo společně a napodobovat chování hejna ryb. Výzkumníci to vysvětlují tak, že robot je v pohybující se řece a uvádí řeku do pohybu.
Překonávání omezení výkonu: Radikální návrh obvodu
Miniaturizace představuje další výzvu: omezený prostor pro napájecí zdroje, paměť a obvody. Roboti pracují na pouhých 75 nanowattech – více než 100 000krát méně, než kolik spotřebují chytré hodinky. K vyřešení tohoto problému vyvinuli inženýři z University of Michigan zcela nové obvody, které pracují s nízkým napětím, čímž více než 1000krát snižují energetické požadavky robota. Solární panely zabírají většinu povrchu robota, takže tým musel radikálně zkomprimovat programovací instrukce.
Komunikace prostřednictvím pohybu: “Kmitat tanec”
Součástí mikrorobotů jsou senzory, které dokážou detekovat teplotu s vysokou přesností (do třetiny stupně Celsia). Ke komunikaci svých zjištění využívají unikátní komunikační metodu inspirovanou včelami. Data zakódují do „wiggle dance“ – specifického vzoru pohybu, který vědci mohou dešifrovat pomocí mikroskopu a kamery. To umožňuje robotům přenášet informace bez potřeby složitých bezdrátových systémů.
Vyhlídky do budoucna
Roboti nyní dokážou detekovat změny teploty, což je potenciálně činí užitečnými pro sledování buněčné aktivity a hodnocení buněčného zdraví. Ale základ je položen pro ještě pokročilejší schopnosti. S dalším vývojem by tyto mikroroboty mohly obsahovat další senzory a pohybovat se ve složitějších prostředích, čímž by se otevřely příležitosti pro cílené podávání léků, monitorování životního prostředí nebo dokonce precizní výrobu.
„Ukázali jsme, že můžete vložit mozek, senzor a motor do něčeho, co je téměř příliš malé na to, aby to bylo vidět a aby to přežilo a fungovalo celé měsíce,“ řekl Mark Miskin, hlavní inženýr na University of Pennsylvania. Tento průlom nejen řeší dlouhodobý problém v robotice, ale také otevírá novou éru možností pro ultramalé autonomní stroje.
