Mokslininkai iš Pensilvanijos universiteto (Penas) ir Mičigano universiteto sukūrė mažiausius pasaulyje autonominius ir programuojamus robotus. Kiekvienas iš jų yra maždaug 200 mikrometrų pločio – maždaug dvigubai didesnis už žmogaus plauko plotį – šios mašinos gali suvokti aplinką, „mąstyti“ ir veikti nepriklausomai, be išorinių nurodymų. Pasak jų kūrėjų, tokia technologija vieną dieną galėtų stebėti atskirų mūsų kūno ląstelių sveikatą arba pristatyti vaistus į konkrečias vietas ligoms gydyti.
Pagrindinis mokslininkų proveržis buvo galimybė vos penktadalio milimetro ilgio robotui judėti savarankiškai be išorinės pagalbos – šį iššūkį mokslininkai bandė išspręsti dešimtmečius. Fizinės jėgos, tokios kaip pasipriešinimas ir klampumas, daro daug stipresnį poveikį objektams mikroskopiniu mastu, todėl judėjimas per skystį yra panašus į plaukimą per dervą žmogaus mastu.
Kyle’as Skelilas, Pensilvanijos universitetas
Siekdama įveikti šį iššūkį, „Penn“ komanda sukūrė naują varomąją sistemą. Mikrorobotai yra varomi LED šviesa ir veikia vandenilio peroksido tirpale, kuris suteikia kuro jų judėjimui. Robotas sukuria elektrinį lauką, kuris varo aplinkiniame tirpale esančius jonus, kurie savo ruožtu tempia vandens molekules. Mikrorobotai gali reguliuoti šį elektrinį lauką, kad judėtų sudėtingais modeliais ir netgi galėtų keliauti koordinuotomis grupėmis iki vieno kūno ilgio per sekundę greičiu.
Mažiausiam pasaulyje autonominiam robotui reikia mažiausio pasaulyje kompiuterio. Šis pavadinimas priklauso kompiuteriui, kurį sukūrė Davido Blaauw komanda Mičigane. Tyrėjai pritaikė savo mikrokompiuterį prie Penn varomosios sistemos ir sukonstravo kompiuterį su procesoriumi, atmintimi ir jutikliais mažesniame nei milimetro skersmens luste.
Robotas gauna šviesą per mikroskopines saulės baterijas, kurios generuoja tik 75 nanovatus galios – daugiau nei 100 000 kartų mažiau nei išmanusis laikrodis, teigia Blaauw. Jo komanda turėjo priversti mikrokompiuterių grandines veikti esant itin žemai įtampai, taip sumažinant energijos suvartojimą daugiau nei 1000 kartų.
Maya Lassiter, Pensilvanijos universitetas
Bene ryškiausias bruožas yra bendra sistemos kaina. Nors kiekvieno roboto gamyba dideliais kiekiais kainuoja apie vieną centą, galima manyti, kad jiems programuoti ir valdyti reikalinga įranga būtų pernelyg brangi. Taip nėra.
„Tai yra apie 100 USD“, – elektroniniu paštu man pasakė Marcas Miskinas, Penn Engineering profesorius ir pagrindinis tyrimo autorius. Komanda jau sukūrė nebrangią savo sąrankos versiją naudodama standartinius LED diodus, Raspberry Pi mikrokompiuterį ir vaizdo sistemą, kurią sudaro išmaniojo telefono kamera su makroobjektyvu. „Ši sistema iš tikrųjų veikia taip pat gerai, kaip mūsų išgalvotas 100 000 USD mikroskopas. Kadangi robotas atlieka visą sunkų darbą, jam nereikia nurodyti, ką daryti”, – paaiškino Miskinas.
Mikrorobotuose yra elektroniniai jutikliai, galintys aptikti temperatūrą trečdalio Celsijaus laipsnio tikslumu, todėl jie gali stebėti atskirų ląstelių būklę. Tačiau, prieš pradedant taikyti šią technologiją žmonių sveikatai, liko keletas kliūčių.
Kaip ir mūsų kūno ląstelės, kurioms išgyventi reikalingas nuolatinis energijos tiekimas, mikrorobotai negali veikti be nuolatinės šviesos. „Jei išjungiate šviesą, robotas išsijungia ir atmintis išvaloma“, – sakė Miskinas. „Įjunkite šviesą iš naujo, ir jis įsijungs iš naujo, bet neprisimins, ką jį užprogramavote. Tai yra įprasta submm sistemų savybė, nes bendra energija, kurią galite sukaupti (pvz., baterija), svyruoja nuo jos tūrio, labai sunku sukaupti bet kokį naudingą kiekį mažoje erdvėje.”
Kyle’as Skelilas, Pensilvanijos universitetas
Tačiau yra ir kitas iššūkis – dabartinėje versijoje robotai veikia 5 milimolų vandenilio peroksido tirpale, kuris yra toksiškas gyvoms ląstelėms. Dėl to jie netinkami naudoti medicinoje savo dabartine forma. Tyrėjai pripažįsta šį apribojimą, tačiau jis nėra neįveikiamas. Kadangi robotas yra elektroniškai integruotas, pavaros gali būti laisvai keičiamos, tereikia suderinti darbinę įtampą ir reikiamą srovę. „Mes aktyviai dirbame kurdami atitinkamus robotus, integruodami šias biologiškai suderinamas pavaras su grandinėmis, ir tikimės, kad netrukus pamatysite kai kuriuos iš jų”, – paaiškino Miskinas.
Miskiną dar labiau džiugina kažkas kita: šių robotų naudojimas mikroskopiniams komponentams surinkti. „Beveik viskas, ką šiais laikais statome mikroskopu, gaminama iš karto, monolitiškai“, – sakė jis. „Pavyzdžiui, kai kuriame grandines, jas sukuriame iš šių sudėtingų modelių ant didelių plokštelių. Jei norite pakeisti vieną tos grandinės dalį, turite atkurti visą reikalą.”
Tyrėjai teigia, kad tai gali sumažinti išlaidas, pagreitinti projektavimo iteracijas ir netgi supaprastinti intelektinę nuosavybę. „Mikroskalė yra nuostabi vieta”, – pažymėjo Miskinas. „Nedidelių agentų, kuriuos žmonės gali programuoti ir valdyti, turėjimas gali atverti visas nuostabias duris. Esu atsargus optimistiškai nusiteikęs, kad geriausios programos dar neįsivaizduojamos.”
Šaltinis: Penn Engineering
Nuoroda į informacijos šaltinį