Мікромашини: як наступна велика річ у робототехніці насправді досить мала

Через півстоліття після того, як Ніл Армстронг пам’ятно вимовив слова «один гігантський стрибок для людства», технологічних інновацій стало менше. Так, ми все ще в захваті від величезних будівель, що захоплюють небо, і потужності ракет, що кидають виклик гравітації, але багато з найбільших досягнень відбуваються в масштабі, який неймовірно малий порівняно з масштабами минулий рік. Нові покоління мобільних пристроїв — будь то ноутбуки, смартфони та розумні годинники — лише на міліметри менші за товщину своїх і без того тонких попередників; роблячи і без того маленькі портативні пристрої ще меншими та портативнішими. Технологія CRISPR/cas9 дозволяє вченим редагувати окремі гени; потенційно викорінення смертельних хвороб, як наслідок. Нові процеси нанометрового масштабу дозволяють розробникам мікросхем вичавлювати все більше транзисторів на поверхню інтегральних схем; подвоєння обчислювальної потужності кожні 12-18 місяців у процесі.

Світ робототехніки нічим не відрізняється. Подумайте, що такі роботи, як Boston Dynamics собачий робот Spot або людиноподібний робот Atlas знаходяться на вершині купи інновацій просто тому, що вони найпомітніші? Не так швидко! На найменшому кінці спектру досягнення можуть бути не такими очевидними, але за своїм масштабом вони можуть бути ще більш захоплюючими.

Ласкаво просимо у світ мікророзмірних роботів, жанру робототехніки, який не так привертає увагу, ніж його металеві старші брати та сестри, але потенційно настільки ж трансформаційний. Ці роботи можуть бути корисними для широкого спектру застосувань, від виконання мікро- чи нанорозмірних хірургічних операцій до дослідження інших планет.

Приклади всюди

Демонстрації цієї технології в дії всюди. Нещодавно дослідники з Університету Південної Каліфорнії побудували a літаючий робот, натхненний комахами який важить лише 95 міліграмів і менший за пенні.

Тим часом, наприклад, інженери німецького Інституту інтелектуальних систем імені Макса Планка побудував невеликий керований автомобіль. Це не звучить особливо незвичайно, доки ви не почуєте, що мова йде не про маленьку машину як Chevrolet Spark або Ford Fiesta, а скоріше робот у формі автомобіля лише 40-50 мікрометрів у розмір. Це приблизно половина діаметра однієї людської волосини. Лабораторія побудувала серію таких самозбірних мобільних мікромашин, які можна запрограмувати на збірку в різноманітних формах залежно від того, що від них вимагається. І це ще не все.

«Наша команда запропонувала [ряд] нових синтетичних і біогібридних мікророботів», Доктор Метін Сітті, директор відділу фізичного інтелекту Інституту Макса Планка, розповів Digital Trends. «Як синтетичних невеликих роботів ми продемонстрували різноманітних бездротових мобільних роботів із м’якою програмованою формою, які мають багатофункціональні можливості пересування. На створення таких м’яких крихітних роботів надихнули м’які дрібні тварини, такі як медузи, гусениці, грілки, сперматозоїди та личинки жуків. Як біогібридні мікророботи, ми [також] запропонували мікроплавці, що керуються бактеріями та водоростями, для доставки прикріпленого вантажі в цільових регіонах, коли вони відчувають мікросередовище, [таке як] хімічні або кисневі градієнти, зміни pH і світло».

Слово «вони» у множині часто використовують, коли говорять про мікроботів. Ми могли б подумати про те, щоб кілька великих роботів працювали разом, але, ймовірно, лише кілька працюватимуть разом один з одним. Перефразовуючи «Бульвар розбитих мрій» Green Day, роботи такого масштабу створені для того, щоб ходити (або котитися, або повзати, або плавати, або стрибати) поодинці. На меншому кінці спектра це не так.

«Традиційні роботи мають бути складними та здатними виконувати складні завдання, як правило, самі», — сказала Деа Гю Кім, доктор філософії, яка працює над мікророботами в Georgia Tech. «Однак з мікророботами вони можуть бути дешевшими та простішими. Замість того, щоб покладатися на [одного] робота для виконання однієї конкретної складної дії, велика група з них може взаємодіяти різними способами для виконання різних дій».

Роботи, над якими працював Кім, мають пару міліметрів у довжину, приблизно як мурашка. (Хоча в майбутньому команда сподівається зробити ще менше.) Під назвою «щетина-боти”, створіння, надруковані на 3D-принтері, ходять на чотирьох-шести ніжках, схожих на щетину. Завдяки наявності п’єзоелектричного приводу, виготовленого з титанату цирконата свинцю на їхній спині, ними можна керувати за допомогою невеликих вібрацій.

Як ми їх використаємо?

«Найідеальнішим реальним застосуванням [для цих роботів] для мене є використання великої групи роботів із щетиною для доступу до важкодоступних місць, таких як тріщини всередині великої інфраструктури або невеликі щілини в складній техніці, куди люди або звичайні роботи не можуть піти і проводити дослідження», – Кім. продовження. «[Вони можуть працювати,] імітуючи поведінку комах у пошуку їжі та [передаючи] дані, що цікавлять».

Тим часом Метін Сітті вважає, що ці крихітні роботи будуть найбільш корисними в галузі медицини. «Я вважаю, що найбільший науковий і суспільний вплив мобільна мікроробототехніка матиме в охороні здоров’я бездротові мікророботи можуть отримати доступ до безпрецедентних або важкодоступних ділянок всередині людського тіла», Сітті продовження. «[Це може бути корисним] для неінвазивної або мінімально інвазивної медичної діагностики та лікування протягом короткого або тривалого часу. Тому моя група зосередилася на застосуванні наших нових мікророботів для різних медичних застосувань, таких як таргетна терапія раку, емболізація, відкриття тромбів, біопсія та мікрохірургія».

Є ще багато ідей, звідки взялися ці двоє. Від агентів безперервної обробки зображень до мікрокоманд роботів, здатних переміщати об’єкти, набагато більші за них самих, до мікророботів, керованих магнітом, які можуть видаляти важкі метали із забрудненої води, є кілька сфер, де мікророботи не можуть виявитися корисними в певній якості. Оскільки дослідники дедалі більше демонструють їхню здатність пересуватися різноманітними місцевостями, починаючи від хитромудрих схилів і закінчуючи плаванням через рідини організму, вони ставатимуть лише кориснішими.

Звичайно, вузькі місця все ще існують. Як і у випадку з більшими роботами, до них відноситься проблема живлення роботів без необхідності тримати їх на прив’язі, що робить їх більш гнучкими та полегшує їх масове виробництво. У випадку застосування в медичних цілях їх також потрібно буде підтвердити як безпечні, перш ніж їх можна буде використовувати Фантастична подорожмісії в стилі крізь людське тіло. Але над цими проблемами працює, уточнюється та, у багатьох випадках, вирішується дедалі більшою кількістю дослідників у всьому світі.

Як колись сказав фізик Річард Фейнман про сферу нанотехнологій, меншу двоюрідну сестру мікроробототехніки, «Внизу є багато місця.” Але це точно не через відсутність інтересу!

Рекомендації редакції

• Наступна велика річ у науці вже у вас у кишені
• Майбутнє виробництва: погляд уперед до наступної ери створення речей
• Майбутнє штучного інтелекту: 4 важливі речі, на які варто звернути увагу в найближчі кілька років
• Розумні манекени: як роботизована технологія зміни футбольної практики
• Як дані допомагають роботам-пилососам максимально ефективно прибирати ваш дім