Micromașini: Cum următorul lucru important în robotică este de fapt destul de mic

La jumătate de secol după ce Neil Armstrong a rostit în mod memorabil cuvintele „un salt gigant pentru omenire”, inovația tehnologică a devenit mai mică. Da, încă ne încântă la clădirile enorme, care zgârie cerul și la puterea rachetelor care sfidează gravitația, dar multe dintre cele mai mari progrese au loc la o scară care este inimaginabil de mică alături de cele ale altădată. Noile generații de dispozitive mobile – fie ele laptopuri, smartphone-uri și ceasuri inteligente – reduc cu doar milimetri grosimea predecesorilor lor deja subțiri; făcând dispozitivele deja mici și portabile și mai mici și mai portabile. Tehnologia CRISPR/cas9 permite oamenilor de știință să editeze gene individuale; potențial eradicarea bolilor mortale ca urmare. Noile procese la scară nanometrică permit designerilor de cipuri să stoarce din ce în ce mai mulți tranzistori pe suprafața circuitelor integrate; dublarea puterii de calcul la fiecare 12-18 luni în proces.

Lumea roboticii nu este diferită. Gândiți-vă că roboții ca Boston Dynamics robot Spot de inspirație canină sau robot umanoid Atlas sunt în fruntea grămezii de inovații, pur și simplu pentru că sunt cele mai vizibile? Nu asa de repede! La capătul mai mic al spectrului, progresele s-ar putea să nu fie chiar atât de evidente - dar, la scara lor, ele pot fi și mai interesante.

Bine ați venit în lumea roboților la scară mică, un gen de robotică care atrage mai puțin atenția decât frații și surorile săi mai mari metalici, dar care poate la fel de transformator. Acești roboți ar putea fi utili pentru o gamă largă de aplicații, de la efectuarea de operațiuni chirurgicale la scară micro sau nanometrică până la explorarea altor planete.

Exemplele sunt peste tot

Demonstrațiile acestei tehnologii în acțiune sunt peste tot. Recent, cercetătorii de la Universitatea din California de Sud au construit un robot zburător, inspirat de insecte care cântărește doar 95 de miligrame și este mai mic decât un ban.

Între timp, la Institutul Max Planck pentru Sisteme Inteligente din Germania, de exemplu, inginerii au făcut-o a construit o mașină mică orientabilă. Acest lucru nu sună deosebit de neobișnuit până când auziți că mașina în cauză nu este o mașină mică ca un Chevrolet Spark sau un Ford Fiesta, ci mai degrabă un robot în formă de mașină cu doar 40 până la 50 de micrometri în mărimea. Este aproximativ jumătate din diametrul unui singur păr uman. Laboratorul a construit o serie de astfel de micromașini mobile cu auto-asamblare care pot fi programate pentru a fi asamblate într-o mare varietate de formațiuni diferite, în funcție de ceea ce li se cere. Și asta nu este tot.

„Echipa noastră a propus [un număr de] noi microroboți sintetici și bio-hibrizi”, Dr. Metin Sitti, directorul Departamentului de Inteligență Fizică al Institutului Max Planck, a declarat pentru Digital Trends. „În calitate de roboți sintetici la scară mică, am demonstrat diferiți roboți mobili fără fir, programabili în formă moale, cu capacitate de locomoție și operare multifuncțională. Astfel de roboți minusculi și moi au fost inspirați de animale moi, la scară mică, cum ar fi meduze, omizi, calduri, spermatozoizi și larve de gândaci. În calitate de microroboți bio-hibrizi, am propus [de asemenea] microînotători conduși de bacterii și alge pentru livrarea atașată. marfă în regiunile țintă în timp ce detectează micromediul, [cum ar fi] gradienți chimici sau de oxigen, modificări ale pH-ului și ușoară."

Cuvântul „ei”, ca la plural, este aruncat mult atunci când oamenii vorbesc despre microboți. Am putea lua în considerare ca mai mulți roboți de dimensiuni mari să lucreze împreună, dar este probabil să fie doar câțiva care funcționează împreună. Pentru a parafraza „Boulevard of Broken Dreams” de la Green Day, roboții de această scară sunt proiectați să meargă (sau să se rostogolească, sau să se târască, sau să înoate sau să sară) singuri. Nu este cazul la capătul mai mic al spectrului.

„Cu roboții tradiționali, roboții trebuie să fie sofisticați și capabili să îndeplinească sarcini complexe de obicei singuri”, a spus Dea Gyu Kim, un doctorand care lucrează la micro-roboți la Georgia Tech. „Cu toate acestea, cu micro-roboți, aceștia pot fi mai ieftini și mai simpli. În loc să se bazeze pe [un] singur robot pentru a efectua o anumită acțiune complexă, un grup mare dintre ei poate interacționa în moduri diferite pentru a realiza diferite acțiuni.”

Roboții la care a lucrat Kim au o lungime de câțiva milimetri, aproximativ de mărimea unei furnici. (Deși, în viitor, echipa speră să facă mai mici încă.) Numit „peri-bots”, creațiile imprimate 3D merg pe patru sau șase picioare asemănătoare perilor. Datorită prezenței unui actuator piezoelectric din titanat de zirconat de plumb pe spate, acestea pot fi direcționate folosind vibrații mici.

Cum le vom folosi?

„Cea mai ideală aplicație din lumea reală [pentru acești roboți] pentru mine este să folosesc un grup mare de roboți pentru a accesa zone greu accesibile, cum ar fi fisuri în interiorul infrastructurii mari sau goluri mici în mașinile complexe, unde oamenii sau roboții obișnuiți nu pot merge și efectua sondaje”, Kim. a continuat. „[Ei ar putea funcționa prin] mimând comportamentele de căutare a hranei insectelor și [transmițând] înapoi datele de interes.”

Între timp, Metin Sitti crede că domeniul medical este locul în care acești roboți minusculi vor fi cei mai folositori. „Cred că cel mai mare impact științific și societal al microroboticii mobile ar fi în domeniul sănătății, unde Microroboții fără fir pot accesa zone fără precedent sau greu accesibile din interiorul corpului uman,” Sitti a continuat. „[Acest lucru ar putea fi util] pentru diagnostic și tratament medical neinvaziv sau minim invaziv pe durate scurte sau lungi. Prin urmare, grupul meu s-a concentrat pe aplicarea noilor noștri microroboți pentru diverse aplicații medicale, cum ar fi terapia țintită a cancerului, embolizarea, deschiderea cheagurilor de sânge, biopsie și microchirurgie.”

Există o mulțime de mai multe idei de unde au venit cei doi, de asemenea. De la agenți de imagistică continuă la micro-echipe de roboți capabili să miște obiecte mult mai mari decât ei înșiși la micro-roboți controlați de magneti care pot elimina metale grele din apa contaminată, există puține domenii în care micro-roboții nu s-ar putea dovedi utili într-o anumită calitate. Pe măsură ce cercetătorii și-au demonstrat din ce în ce mai mult capacitatea de a se deplasa pe o varietate de terenuri, de la înclinații perfide până la înotul prin fluidele corporale, ei vor deveni doar mai folositori.

Blocajele încă există, desigur. Ca și în cazul roboților mai mari, aceștia includ provocarea de a alimenta roboții fără a fi nevoiți să-i țină legați, făcându-i mai agili și fabricarea în masă mai ușor. În cazul aplicațiilor medicale, ele vor trebui, de asemenea, dovedite că sunt sigure înainte de a putea fi utilizate Călătorie fantastică-misiuni de stil prin corpul uman. Dar aceste provocări sunt rezolvate, rafinate și, în multe cazuri, rezolvate de un număr tot mai mare de cercetători din întreaga lume.

După cum a spus odată fizicianul Richard Feynman despre domeniul nanotehnologiei, vărul mai mic al micro-roboticii, „Este mult loc în partea de jos.” Dar asta cu siguranță nu din lipsă de interes!

Recomandările editorilor

• Următorul lucru important în știință este deja în buzunarul tău
• Viitorul producției: o privire în perspectivă către următoarea eră a fabricării lucrurilor
• Viitorul A.I.: 4 lucruri mari de urmărit în următorii câțiva ani
• Manechine inteligente: cum tehnologia de abordare robotică transformă practica fotbalului
• Cum datele ajută aspiratoarele roboți să vă curețe casa cu eficiență maximă