Учёные из Пенсильванского и Мичиганского университетов создали самых маленьких из когда-либо существовавших программируемых роботов, способных самостоятельно плавать в жидкости, распознавать окружающую среду, и автономно работать на протяжении нескольких месяцев.
«Мы сделали автономных роботов в 10 000 раз меньше, — говорит Марк Мискин, доцент кафедры электротехники и системной инженерии в Пенсильванском инженерном колледже. — Это открывает совершенно новые возможности для программируемых роботов. Создание роботов, которые работают независимо при размерах менее одного миллиметра, невероятно сложно. Отрасль, по сути, застряла на этой проблеме на 40 лет».
О микророботе:
- Размеры робота составляют приблизительно 200х300х50 микрометров.
- Питание микроробота осуществляется за счёт света. Крошечные солнечные панели вырабатывают всего 75 нановатт энергии, что в 100 000 раз меньше, чем потребляют смарт-часы. Учёные разработали специализированные схемы, которые работают при чрезвычайно низком напряжении, сокращая энергопотребление.
- Чтобы перемещаться в жидкости роботы не используют привычное поступательное движение отталкивания с помощью изгибов и деформаций микроскопических рук, ног, плавников и др., которые в виду маленьких размеров и сопротивления жидкости могут попросту ломаться. Роботы генерируют электрическое поле, которое мягко толкает заряженные частицы в окружающей их жидкости. Двигаясь, эти ионы увлекают за собой близлежащие молекулы воды, эффективно создавая движение в жидкости вокруг робота. Регулируя это электрическое поле, роботы могут менять направление, двигаться по сложным траекториям и даже координировать свои действия в группах (роях), напоминающих косяки рыб. Они могут развивать скорость до одной длины своего тела в секунду.
- Для автономности робот должен уметь воспринимать окружающую среду, принимать решения и обеспечивать себя энергией. Чтобы управлять всеми этими функциями нужен был сверхмаленький компьютер (чип) размером менее 1 миллиметра. С этой задачей справилась Лаборатория Дэвида Блааува из Мичиганского университета. Больше всего пространства на корпусе миниатюрного робота занимают солнечные панели, оставляя очень мало места для вычислительного оборудования. Чтобы решить проблему с размерами компьютера, исследователи создали специальное программное обеспечение (инструкции) для сверхмалой памяти устройства, основанное на управлении и коммуникации с роботом с помощью движения и света.
- Роботы могут оснащаться электронными датчиками температуры. К примеру, улавливая небольшие изменения температуры жидкости, робот может выявлять активность отдельных клеток в живом организме. Чтобы сообщить о значении температуры, робот выполняет специальные движения, подобно танцу пчелы, сообщающей информацию другим пчёлам о медоносе. Учёные с помощью микроскопа с камерой расшифровывают простейшие движения устройства, получая необходимые данные.
- Программирование робота осуществляется тем же источником света, что и питает его. У каждого робота есть уникальный адрес, с помощью которого исследователи могут загружать разные инструкции в разные устройства, осуществляя многозадачность в группе (рое) таких миниустройств.
«На самом деле это только первая глава, — говорит Марк Мискин, доцент кафедры электротехники и системной инженерии в Пенсильванском инженерном колледже. — Мы показали, что можно поместить мозг, датчик и мотор в устройство, которое настолько мало, что его почти невозможно разглядеть, и оно будет работать месяцами. Когда у вас есть такая основа, вы можете добавлять любые интеллектуальные и функциональные возможности. Это открывает двери в совершенно новое будущее робототехники на микроуровне».
По материалам Школы инженерии и прикладных наук Пенсильванского университета на сайте ScienceDaily.