마이크로 머신: 로봇 공학의 차세대 기술은 실제로 얼마나 작은가?

닐 암스트롱이 “인류를 위한 거대한 도약”이라는 명언을 남긴 지 반세기가 지난 지금, 기술 혁신은 점점 작아지고 있습니다. 그렇습니다. 우리는 여전히 초고층 빌딩과 중력을 거스르는 로켓의 힘에 전율을 느낍니다. 가장 큰 발전 중 다수는 상상할 수 없을 정도로 작은 규모로 이루어집니다. 작년. 노트북, 스마트폰, 스마트 시계 등 새로운 세대의 모바일 장치는 이미 얇은 이전 장치보다 두께가 밀리미터만 얇아졌습니다. 이미 작고 휴대 가능한 장치를 더욱 작고 휴대 가능하게 만듭니다. CRISPR/cas9 기술을 통해 과학자들은 단일 유전자를 편집할 수 있습니다. 결과적으로 잠재적으로 치명적인 질병을 근절할 수 있습니다. 새로운 나노미터 규모 프로세스를 통해 칩 설계자는 집적 회로 표면에 더 많은 트랜지스터를 집어넣을 수 있습니다. 그 과정에서 12~18개월마다 컴퓨팅 성능이 두 배로 증가합니다.

로봇의 세계도 다르지 않습니다. Boston Dynamics와 같은 로봇을 생각해보세요 개에게서 영감을 받은 스팟 로봇 또는 휴머노이드 아틀라스 로봇 가장 눈에 띄기 때문에 혁신 더미의 맨 위에 있습니까? 그렇게 빠르지는 않아요! 스펙트럼의 더 작은 끝에서는 발전이 그다지 뚜렷하지 않을 수 있지만 규모에 따라 훨씬 더 흥미로울 수 있습니다.

금속 로봇보다 주목을 덜 끌지만 잠재적으로 모든 부분을 변화시킬 수 있는 로봇 장르인 마이크로 로봇의 세계에 오신 것을 환영합니다. 이 로봇은 마이크로 또는 나노 규모의 수술 수행부터 다른 행성 탐사에 이르기까지 광범위한 응용 분야에 유용할 수 있습니다.

예는 어디에나 있습니다

이 기술이 실제로 작동하는 모습은 곳곳에서 볼 수 있습니다. 최근 서던캘리포니아대학교 연구진은 곤충에서 영감을 받아 날아다니는 로봇 무게는 95밀리그램에 불과하며 1페니보다 작습니다.

한편, 예를 들어 독일 막스 플랑크 지능형 시스템 연구소의 엔지니어들은 조종할 수 있는 작은 자동차를 만들었어요. 문제의 차가 소형차가 아니라는 말을 듣기 전까지는 그다지 이상하게 들리지 않습니다. 쉐보레 스파크나 포드 피에스타 같은 것이 아니라 크기가 40~50마이크로미터에 불과한 자동차 모양의 로봇이다. 크기. 이는 사람 머리카락 하나의 지름의 약 절반 정도입니다. 연구실에서는 요구 사항에 따라 다양한 형태로 조립되도록 프로그래밍할 수 있는 일련의 자체 조립 이동식 마이크로머신을 제작했습니다. 그리고 그게 전부는 아닙니다.

"우리 팀은 [여러] 새로운 합성 및 바이오 하이브리드 마이크로로봇을 제안했습니다." 메틴 시티 박사, Max Planck Institute의 물리 지능 부서 소장은 Digital Trends에 말했습니다. “합성 소규모 로봇으로서 우리는 다중 이동 및 다기능 작동 능력을 갖춘 다양한 소프트 형상 프로그래밍 가능 무선 모바일 로봇을 시연했습니다. 이러한 부드럽고 작은 로봇은 해파리, 애벌레, 웜, 정자 및 딱정벌레 유충과 같은 부드러운 소형 동물에서 영감을 받았습니다. 바이오 하이브리드 마이크로 로봇으로서 우리는 부착된 물질을 전달하기 위해 박테리아 및 조류 구동 마이크로 수영 장치를 [또한] 제안했습니다. 화학적 또는 산소 구배, pH 변화 등의 미세 환경을 감지하는 동안 대상 지역의 화물 빛."

사람들이 마이크로봇에 대해 이야기할 때 복수형으로 “그들”이라는 단어가 많이 사용됩니다. 여러 대의 대형 로봇이 함께 작동하는 것을 고려할 수도 있지만 서로 함께 작동하는 로봇은 소수에 불과할 가능성이 높습니다. Green Day의 "Boulevard of Broken Dreams"를 의역하면 이 규모의 로봇은 혼자 걷거나 구르거나 기어 다니거나 수영하거나 도약하도록 설계되었습니다. 스펙트럼의 작은 쪽 끝에서는 그렇지 않습니다.

"기존 로봇의 경우 로봇은 정교해야 하고 일반적으로 스스로 복잡한 작업을 수행할 수 있어야 합니다."라고 Georgia Tech에서 마이크로 로봇을 연구하는 박사과정 김대규 씨는 말했습니다. “그러나 마이크로 로봇을 사용하면 더 저렴하고 간단해질 수 있습니다. 하나의 특정 복잡한 작업을 수행하기 위해 단일 로봇에 의존하는 대신, 대규모 그룹이 다양한 작업을 수행하기 위해 다양한 방식으로 상호 작용할 수 있습니다.”

김 씨가 작업하고 있는 로봇은 길이가 몇 밀리미터 정도로 개미 크기 정도다. (단, 앞으로 팀에서는 더 작은 증류기를 만들기를 희망합니다.)강모 로봇,” 3D 프린팅 작품은 4~6개의 강모 같은 다리로 걸어다닙니다. 등에 티탄산지르콘산 납으로 만든 압전 액추에이터가 있어 작은 진동을 이용해 조종할 수 있습니다.

우리는 그것들을 어떻게 사용할 것인가?

“나에게 있어 [이러한 로봇에 대한] 가장 이상적인 실제 응용 프로그램은 대규모 강모 로봇 그룹을 사용하여 다음과 같이 접근하기 어려운 영역에 접근하는 것입니다. 대규모 인프라 내부의 균열이나 복잡한 기계의 작은 틈새 등 인간이나 일반 로봇이 가서 측량을 수행할 수 없는 곳입니다.” 김 계속되는. "[그들은 곤충 채집 행동을 모방하고 관심 있는 데이터를 다시 전송함으로써 작업할 수 있습니다."

한편 Metin Sitti는 의료 분야에서 이 작은 로봇이 가장 많이 사용될 것이라고 생각합니다. “저는 모바일 마이크로로봇공학이 과학적, 사회적으로 가장 큰 영향을 미치는 곳은 의료 분야일 것이라고 믿습니다. 무선 마이크로로봇은 인체 내부의 전례가 없거나 접근하기 어려운 부위에 접근할 수 있습니다.” Sitti 계속되는. “단기간 또는 장기간 비침습적 또는 최소 침습적 의료 진단 및 치료에 [유용할 수 있습니다.] 따라서 우리 그룹은 표적 암 치료, 색전술, 혈전 개방, 생검 및 미세 수술과 같은 다양한 의료 응용 분야에 새로운 마이크로 로봇을 적용하는 데 중점을 두었습니다.”

그 두 사람이 나온 아이디어도 훨씬 더 많이 있습니다. 연속 이미징 에이전트부터 자기 자신보다 훨씬 큰 물체를 이동할 수 있는 마이크로 로봇 팀, 제거할 수 있는 자석 제어 마이크로 로봇까지 오염된 물에서 나오는 중금속, 마이크로 로봇이 일부 용량에서 유용하다고 입증될 수 없는 영역은 거의 없습니다. 연구자들이 위험한 경사면에서 체액을 헤엄치는 것에 이르기까지 다양한 지형에서 이동할 수 있는 능력을 점점 더 많이 보여줌에 따라 더욱 유용해질 것입니다.

물론 병목 현상은 여전히 ​​존재합니다. 더 큰 로봇과 마찬가지로 여기에는 로봇을 묶지 않고도 로봇에 전력을 공급하고, 민첩하게 만들고, 대량 생산하는 과제가 포함됩니다. 의료용으로 사용되는 경우에는 사용하기 전에 안전성이 입증되어야 합니다. 환상적인 항해-인체를 통한 스타일의 임무. 그러나 이러한 문제는 전 세계적으로 점점 더 많은 연구자들이 연구하고 개선하고 있으며 많은 경우 해결되고 있습니다.

물리학자 리차드 파인만(Richard Feynman)은 마이크로 로봇공학의 사촌격인 나노기술 분야에 대해 이렇게 말한 적이 있습니다.아래쪽에도 공간이 넉넉해요.” 하지만 그것은 확실히 관심이 부족해서가 아닙니다!

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