Mikromaskiner: Hvordan den næste store ting inden for robotteknologi faktisk er ret lille

Et halvt århundrede efter Neil Armstrong mindeværdigt udtalte ordene "et kæmpe spring for menneskeheden", er teknologisk innovation blevet mindre. Ja, vi glæder os stadig over enorme, himmelskrabende bygninger og raketters tyngdekraft-trodsende kraft, men mange af de største fremskridt finder sted i en skala, der er ufattelig lille ved siden af i går. Nye generationer af mobile enheder - det være sig bærbare computere, smartphones og smarture - barberer kun millimeter af tykkelsen af ​​deres i forvejen tynde forgængere; gør allerede små og bærbare enheder endnu mindre og mere bærbare. CRISPR/cas9-teknologien gør det muligt for forskere at redigere enkelte gener; potentielt udrydde dødelige sygdomme som følge heraf. Nye processer i nanometerskala giver chipdesignere mulighed for at presse stadig flere transistorer på overfladen af ​​integrerede kredsløb; fordobling af computerkraften hver 12.-18. måned i processen.

Robotteknologiens verden er ikke anderledes. Tænk, at robotter som Boston Dynamics' hunde-inspireret Spot-robot eller menneskelig Atlas-robot er i toppen af ​​innovationsbunken, simpelthen fordi de er de mest synlige? Ikke så hurtigt! I den mindste ende af spektret er fremskridtene måske ikke helt så tydelige - men i deres omfang kan de være endnu mere spændende.

Velkommen til en verden af ​​mikroskala-robotter, en robotgenre, der er mindre opsigtsvækkende end sine metalliske storebrødre og -søstre, men potentielt lige så transformerende. Disse robotter kan være nyttige til en bred vifte af applikationer, fra at udføre kirurgiske bedrifter i mikroskala eller nanoskala til at udforske andre planeter.

Eksempler er overalt

Demonstrationer af denne teknologi i aktion er overalt. For nylig byggede forskere ved University of Southern California en flyvende, insekt-inspireret robot der kun vejer 95 milligram og er mindre end en øre.

I mellemtiden har ingeniører for eksempel ved det tyske Max Planck-institut for intelligente systemer bygget en lille styrbar bil. Det lyder ikke specielt usædvanligt, før du hører, at den pågældende bil ikke er en lille bil som en Chevrolet Spark eller en Ford Fiesta, men snarere en bilformet robot kun 40 til 50 mikrometer i størrelse. Det er omkring halvdelen af ​​diameteren af ​​et enkelt menneskehår. Laboratoriet har bygget en serie af sådanne selvsamlende mobile mikromaskiner, der kan programmeres til at samles i en lang række forskellige formationer alt efter hvad der kræves af dem. Og det er ikke alt.

"Vores team har foreslået [en række] nye syntetiske og bio-hybride mikrorobotter," Dr. Metin Sitti, direktør for Max Planck Institutes afdeling for fysisk intelligens, fortalte Digital Trends. "Som syntetiske småskala-robotter har vi demonstreret forskellige bløde formprogrammerbare trådløse mobile robotter med multi-bevægelse og multifunktionel betjeningsevne. Sådanne bløde små robotter er blevet inspireret af bløde småskaladyr som vandmænd, larver, varmer, spermatozoider og billelarver. Som bio-hybride mikrorobotter har vi [også] foreslået bakterie- og algedrevne mikrosvømmere til at levere de vedhæftede last i målområder, mens de registrerer mikromiljø, [såsom] kemiske eller oxygengradienter, pH-ændringer og lys."

Ordet "de", som i flertal, bliver kastet meget rundt, når folk taler om mikrobots. Vi kunne overveje at få flere store robotter til at arbejde sammen, men det er sandsynligvis kun nogle få, der fungerer sammen med hinanden. For at omskrive Green Days "Boulevard of Broken Dreams", er robotter i denne skala designet til at gå (eller rulle, eller kravle, eller svømme eller springe) alene. Ikke tilfældet i den mindre ende af spektret.

"Med traditionelle robotter skal robotterne være sofistikerede og i stand til at udføre komplekse opgaver normalt af sig selv," sagde Dea Gyu Kim, en ph.d.-kandidat, der arbejder med mikrorobotter hos Georgia Tech. "Men med mikrorobotter kan de være mere billige og simple. I stedet for at stole på [en] enkelt robot til at udføre en specifik kompleks handling, kan en stor gruppe af dem interagere på forskellige måder for at udføre forskellige handlinger."

Robotterne Kim har arbejdet på er et par millimeter lange, omtrent på størrelse med en myre. (Selvom holdet i fremtiden håber at blive mindre.) Kaldet "børste-bots,” de 3D-printede kreationer går på fire eller seks børstehårlignende ben. Takket være tilstedeværelsen af ​​en piezoelektrisk aktuator lavet af blyzirkonattitanat på ryggen, kan de styres ved hjælp af små vibrationer.

Hvordan vil vi bruge dem?

"Den mest ideelle virkelige verden applikation [for disse robotter] for mig er at bruge en stor gruppe af bristle-bots til at få adgang til svært tilgængelige områder, som f.eks. revner inde i stor infrastruktur eller små huller i komplekse maskineri, hvor mennesker eller typiske robotter ikke kan gå og udføre undersøgelser," Kim fortsatte. "[De kunne arbejde ved at] efterligne insektforsøgende adfærd og [transmittere] tilbagedata af interesse."

Metin Sitti mener i mellemtiden, at det medicinske område er det sted, hvor disse små robotter vil være mest nyttige. "Jeg tror, ​​at den største videnskabelige og samfundsmæssige effekt af mobil mikrorobotik ville være i sundhedsvæsenet, hvor trådløse mikrorobotter kan få adgang til hidtil usete eller svært tilgængelige områder inde i den menneskelige krop,” Sitti fortsatte. "[Det kunne være nyttigt] til ikke-invasiv eller minimalt invasiv medicinsk diagnose og behandling i kort eller lang varighed. Derfor har min gruppe fokuseret på at anvende vores nye mikrorobotter til forskellige medicinske anvendelser, såsom målrettet cancerterapi, embolisering, åbning af blodprop, biopsi og mikrokirurgi."

Der er også mange flere ideer, hvor de to kom fra. Fra kontinuerlige billeddannende agenter til mikrohold af robotter, der er i stand til at flytte objekter, der er meget større end dem selv, til magnetstyrede mikrorobotter, der kan fjerne tungmetaller fra forurenet vand, er der få områder, hvor mikrorobotter ikke kunne vise sig at være nyttige i en eller anden kapacitet. Efterhånden som forskere i stigende grad har vist deres evne til at bevæge sig over et udvalg af terræner, lige fra forræderiske stigninger til at svømme gennem kropsvæsker, vil de kun blive mere nyttige.

Flaskehalse eksisterer selvfølgelig stadig. Som med større robotter omfatter disse udfordringen med at drive robotter uden at skulle holde dem forbundne, hvilket gør dem mere adrætte og massefremstiller dem lettere. I tilfælde af medicinske anvendelser skal de også bevises at være sikre, før de kan bruges til Fantastisk rejse-stil missioner gennem den menneskelige krop. Men disse udfordringer bliver arbejdet på, forfinet og i mange tilfælde løst af et stadigt voksende antal forskere rundt om i verden.

Som fysiker Richard Feynman engang sagde om området nanoteknologi, mindre fætter til mikrorobotik, "Der er masser af plads i bunden." Men det er bestemt ikke på grund af manglende interesse!

Redaktørens anbefalinger

• Den næste store ting inden for videnskab er allerede i din lomme
• Fremtiden for fremstilling: Et kig frem til den næste æra med at lave ting
• Fremtiden for A.I.: 4 store ting at holde øje med i de næste par år
• Smart dummies: Hvordan robotteknologi til tackling transformerer fodboldtræning
• Hvordan data hjælper robotstøvsugere med at rense dit hjem med maksimal effektivitet