A Pennsylvaniai Egyetem (PENN) és a Michigani Egyetem tudósai létrehozták a világ legkisebb autonóm és programozható robotját. A gép 200 mikrométer széles – ez nagyjából kétszerese egy emberi hajszál vastagságának –, és képes érzékelni környezetét, „gondolkodni”, azaz külső utasítások nélkül önállóan cselekedni. A mérnökök szerint a technológia egy napon képes lehet majd figyelemmel kísérni testünk egyes sejtjeinek egészségi állapotát, vagy gyógyszereket juttatni meghatározott helyekre betegségek kezelése céljából.
A kutatók legnagyobb áttörése az volt, hogy egy mindössze egyötöd milliméter hosszú robotot képesek voltak külső segítség nélkül önállóan mozgatni. A fizikai erők, mint például a légellenállás és a viszkozitás, ugyanis sokkal erőteljesebb hatást gyakorolnak a mikroszkopikus méretű tárgyakra. Ezért a kutatók új hajtásrendszert terveztek.
A mikrorobotokat LED-es fény hajtja, és hidrogén-peroxid oldatban működnek, amely biztosítja a mozgásukhoz szükséges üzemanyagot. A robot elektromos mezőt generál, amely a környező oldatban lévő ionokat hajtja, amelyek viszont magukkal húzzák a vízmolekulákat.
A világ legkisebb autonóm robotjához a világ legkisebb számítógépe szükséges. Ez a cím David Blaauw michigani csapatának fejlesztésű számítógépét illeti. A kutatók mikrokomputerüket a mikrorobot hajtásrendszeréhez igazították, és egy teljes számítógépet építettek processzorral, memóriával és érzékelőkkel egy milliméternél kisebb chipre.
A robot mikroszkopikus napelemeken keresztül kapja a fényt, amelyek csak 75 nanowatt energiát termelnek, ami több mint százezerszer kevesebb, mint egy okosóra. A kutatóknak úgy kellett kialakítania a mikroszámítógép áramköreit, hogy azok rendkívül alacsony feszültségen működjenek, így az energiafogyasztást több mint 1000-szeresére csökkentették.
A rendszer talán legszembetűnőbb jellemzője az összköltsége. Bár minden robot gyártása körülbelül egy centbe kerül, feltételezhető, hogy a programozásukhoz és vezérlésükhöz szükséges berendezések rendkívül drágák. Ez azonban nem így van. „Körülbelül 100 dollárba kerül” – mondta Marc Miskin, a Penn Engineering professzora és a tanulmány vezető szerzője.
A csapat már elkészítette a berendezés olcsó változatát, amely standard LED-diódákat, egy Raspberry Pi mikroszámítógépet és egy makroobjektívvel felszerelt okostelefon-kamerából álló képalkotó rendszert tartalmaz. „Ez a rendszer valójában ugyanolyan jól működik, mint a 100 ezer dolláros csúcstechnológiás mikroszkópunk. Mivel a robot végzi el az összes nehéz munkát, nem kell megmondani neki, mit tegyen” – magyarázta Miskin.
A mikrorobotok elektronikus érzékelőkkel vannak felszerelve, amelyek 0,3 Celsius-fokos pontossággal képesek érzékelni a hőmérsékletet, így figyelemmel kísérhetik az egyes sejtek állapotát. Óriási hátrányuk viszont, hogy nem tudnak folyamatos fény nélkül működni. „Ha lekapcsoljuk a fényt, a robot kikapcsol, és a memóriája törlődik” – mondta Miskin. „Ha újra bekapcsoljuk a fényt, a robot újraindul, de nem emlékszik arra, amit beprogramoztunk neki. Ez a szubmilliméteres rendszerek közös jellemzője, mert a tárolható teljes energia (pl. egy akkumulátor) a térfogatával arányos, ezért rendkívül nehéz hasznos mennyiséget tárolni kis helyen”.
A következő – meglehetősen erőteljes – korlát, hogy a robotok jelenleg csak egy 5 millimoláris hidrogén-peroxid oldatban működnek, amely mérgező az élő sejtekre. Ezért jelenlegi formájukban nem alkalmasak orvosi alkalmazásokra.
A kutatók szerint ez egy fontos korlát, de nem leküzdhetetlen. Mivel a robot elektronikusan integrált, a működtetőelemek szabadon cserélhetők, csak a működési feszültséget és a szükséges áramerősséget kell összehangolni. „Aktívan dolgozunk a megfelelő robotok építésén, ezeknek a biokompatibilis működtetőelemeknek az áramkörökbe történő integrálásán, és remélhetőleg hamarosan láthatnak néhányat közülük” - magyarázta Miskin.
A robot lehetséges felhasználási területei sokfélék, legalábbis a kutatók optimisták. A mikrobotok összeszerelhetnek például mikroszkopikus alkatrészeket, ami csökkenthetné a költségeket, felgyorsíthatná a tervezési iterációkat, vagy gyógyszereket juttathat célzottan az emberi testbe, illetve katonai változatában is nagy perspektíva állhat előtte.
Forrás: PENN
