Микромашины: как следующая большая вещь в робототехнике на самом деле будет совсем маленькой

Спустя полвека после того, как Нил Армстронг памятно произнес слова «один гигантский скачок для человечества», технологические инновации стали меньше. Да, мы все еще в восторге от огромных небоскребов и силы ракет, бросающей вызов гравитации, но многие из крупнейших достижений происходят в масштабах, которые невообразимо малы по сравнению с масштабами прошлый год. Новые поколения мобильных устройств — будь то ноутбуки, смартфоны и умные часы — сокращают толщину своих и без того тонких предшественников всего на миллиметры; делая и без того небольшие и портативные устройства еще меньше и портативнее. Технология CRISPR/cas9 позволяет ученым редактировать отдельные гены; в результате потенциально искоренить смертельные заболевания. Новые процессы нанометрового масштаба позволяют разработчикам микросхем размещать на поверхности интегральных схем еще больше транзисторов; при этом удваивая вычислительную мощность каждые 12–18 месяцев.

Мир робототехники ничем не отличается. Подумайте, роботам нравится компания Boston Dynamics. робот Spot, вдохновленный собакой или гуманоидный робот Атлас находятся на вершине списка инноваций просто потому, что они наиболее заметны? Не так быстро! На более узком конце спектра достижения могут быть не такими очевидными, но в своем масштабе они могут быть еще более захватывающими.

Добро пожаловать в мир микророботов, жанр робототехники, который не так привлекает внимание, как его металлические старшие братья и сестры, но потенциально столь же преобразующий. Эти роботы могут быть полезны для широкого спектра применений: от выполнения микро- или наномасштабных хирургических операций до исследования других планет.

Примеры повсюду

Демонстрации этой технологии в действии происходят повсюду. Недавно исследователи из Университета Южной Калифорнии построили летающий робот, вдохновленный насекомыми он весит всего 95 миллиграммов и меньше копейки.

Тем временем, например, в немецком Институте интеллектуальных систем Макса Планка инженеры построил небольшую управляемую машину. Это не звучит особенно необычно, пока не услышишь, что рассматриваемая машина — не маленькая машина. как Chevrolet Spark или Ford Fiesta, а скорее робот в форме автомобиля размером всего 40–50 микрометров. размер. Это примерно половина диаметра одного человеческого волоса. В лаборатории создана серия таких самособирающихся мобильных микромашин, которые можно запрограммировать на сборку самых разных форм в зависимости от того, что от них требуется. И это еще не все.

«Наша команда предложила [ряд] новых синтетических и биогибридных микророботов», Доктор Метин Ситти, директор департамента физического интеллекта Института Макса Планка, рассказал Digital Trends. «Как синтетические небольшие роботы, мы продемонстрировали различные программируемые беспроводные мобильные роботы с мягкой формой, способные передвигаться и многофункциональные. Создание таких мягких крошечных роботов было вдохновлено мягкими мелкими животными, такими как медузы, гусеницы, тепловки, сперматозоиды и личинки жуков. В качестве биогибридных микророботов мы [также] предложили микропловцы, управляемые бактериями и водорослями, для доставки прикрепленных веществ. груз в целевых регионах, пока они чувствуют микросреду, [например] химические градиенты или градиенты кислорода, изменения pH и свет."

Слово «они» во множественном числе часто употребляется, когда люди говорят о микроботах. Мы могли бы рассмотреть возможность совместной работы нескольких роботов большого размера, но, скорее всего, лишь некоторые из них будут функционировать совместно друг с другом. Перефразируя «Бульвар разбитых мечтаний» Green Day, роботы такого масштаба предназначены для того, чтобы ходить (или катиться, или ползать, или плавать, или прыгать) в одиночку. Не тот случай на меньшем конце спектра.

«Традиционные роботы должны быть сложными и способными выполнять сложные задачи, как правило, самостоятельно», — сказал Деа Гью Ким, кандидат наук, работающий над микророботами в Технологическом институте Джорджии. «Однако с микророботами они могут быть более дешевыми и простыми. Вместо того, чтобы полагаться на одного робота для выполнения одного конкретного сложного действия, большая группа из них может взаимодействовать разными способами для выполнения разных действий».

Роботы, над которыми работал Ким, имеют длину пару миллиметров, размером с муравья. (Хотя в будущем команда надеется сделать еще меньше.) Называется «щетинистые боты», напечатанные на 3D-принтере творения ходят на четырех или шести ножках, похожих на щетинки. Благодаря наличию на их спинах пьезоэлектрического привода из цирконата-титаната свинца ими можно управлять с помощью крошечных вибраций.

Как мы будем их использовать?

«Самое идеальное реальное применение [этих роботов] для меня — это использовать большую группу щетинных роботов для доступа к труднодоступным местам, таким как трещины внутри крупной инфраструктуры или небольшие бреши в сложном оборудовании, куда люди или обычные роботы не могут прийти и провести исследования», — Ким продолжение. «[Они могли бы работать,] имитируя поведение насекомых в поисках пищи и [передавая] обратно интересующие данные».

Метин Ситти, тем временем, считает, что именно в медицинской сфере эти крошечные роботы принесут наибольшую пользу. «Я считаю, что наибольшее научное и социальное влияние мобильной микроробототехники окажет на здравоохранение, где Беспроводные микророботы могут получить доступ к беспрецедентным или труднодоступным областям внутри человеческого тела», — Ситти. продолжение. «[Это может быть полезно] для неинвазивной или минимально инвазивной медицинской диагностики и лечения на короткий или длительный срок. Поэтому моя группа сосредоточилась на применении наших новых микророботов для различных медицинских применений, таких как таргетная терапия рака, эмболизация, открытие тромбов, биопсия и микрохирургия».

Есть еще много идей, откуда пришли эти двое. От агентов непрерывной визуализации до микрокоманд роботов, способных перемещать объекты, намного большие, чем они сами, до микророботов с магнитным управлением, которые могут удалять тяжелые металлы из загрязненной водыЕсть несколько областей, где микророботы не могли бы оказаться полезными в той или иной степени. Поскольку исследователи все чаще демонстрируют свою способность передвигаться по самым разным ландшафтам, от коварных уклонов до плавания в телесных жидкостях, их полезность будет только возрастать.

Конечно, узкие места все еще существуют. Как и в случае с более крупными роботами, сюда входит проблема обеспечения роботов энергией без необходимости держать их на привязи, сделать их более маневренными и упростить их массовое производство. В случае медицинского применения также необходимо будет доказать их безопасность, прежде чем их можно будет использовать в медицинских целях. Фантастическое путешествие-стиль миссий через человеческое тело. Но над этими проблемами работают, уточняют и во многих случаях решают постоянно растущее число исследователей по всему миру.

Как однажды сказал физик Ричард Фейнман о области нанотехнологий, младшей сестры микроробототехники: «внизу места много». Но это точно не из-за отсутствия интереса!

Рекомендации редакции

• Следующая большая вещь в науке уже у вас в кармане
• Будущее производства: взгляд в следующую эпоху производства вещей
• Будущее искусственного интеллекта: 4 важных события, на которые стоит обратить внимание в ближайшие несколько лет
• Умные манекены: как роботизированная технология отбора мяча меняет футбольную практику
• Как данные помогают роботам-пылесосам убирать ваш дом с максимальной эффективностью