Исследователи из Пенсильванского университета и Мичиганского университета недавно совместно разработали самых маленьких, полностью программируемых автономных роботов, когда-либо созданных. Эти крошечные машины имеют ширину всего лишь одну десятую миллиметра и могут думать, плавать и выживать месяцами.

Размеры роботов составляют примерно 200 на 300 на 50 микрон, что меньше крупинки соли, а их производство обходится всего в один пенни. Несмотря на свой крошечный размер, они могут двигаться, ощущать, вычислять и реагировать на окружающую среду без необходимости использования внешних соединений, магнитных полей или контроллеров. Марк Мискин, доцент кафедры электротехники и системотехники Пенсильванского университета, сказал, что такие роботы в 10 000 раз меньше существующих микророботов, что открывает новый масштаб для программируемых роботов.

Исследовательская группа опубликовала свои результаты в журнале Science Robotics and Proceedings of the National Academy of Sciences, предполагая его применение для отслеживания здоровья отдельных клеток или сборки микроскопических машин. Поскольку роботы примерно такого же размера, как микроорганизмы, однажды они смогут перемещаться по организационным средам или микроскопическим производственным линиям, до которых трудно добраться традиционным роботам.

В субмиллиметровом масштабе гравитация и инерция уступают место таким силам, как поверхностное натяжение, сопротивление и вязкость, что делает традиционные механические конечности склонными к поломкам. Инновационная двигательная система команды использует индуцированные электрические поля для управления ионами в окружающей жидкости и толкает молекулы воды вперед, точно так же, как робот движется по «движущейся реке».

Роботы могут перемещаться по сложным траекториям со скоростью одной длины тела в секунду и координировать свои движения, как косяк рыб. Простой светодиодный индикатор обеспечивает питание, а конструкция без движущихся частей обеспечивает надежность машины, возможность многократной передачи образцов без повреждений и возможность работы в течение нескольких месяцев.

Чтобы добиться автономности, исследователи интегрировали сверхмалую компьютерную технологию группы Дэвида Блау из Мичиганского университета, которая была представлена ​​как дополнительная на конференции DARPA. Солнечная панель производит всего 75 нанометров электроэнергии – более чем в 100 000 раз меньше, чем умные часы – но схема может работать при чрезвычайно низком напряжении. Процессор, память, датчики и двигатели объединены в структуру толщиной в сотни микрон. Он может измерять температуру с точностью до одной трети градуса Цельсия и отслеживать температурные градиенты, чтобы сообщать данные в режиме реального времени.

Люди общаются с роботами посредством движения: компьютер кодирует температуру и другие данные в «танцевальную» дрожь, которая расшифровывается камерами под микроскопом, подобно тому, как общаются пчелы. Световые импульсы можно получать и программировать индивидуально, чтобы обеспечить разделение труда и сотрудничество между роботами.

Мискин и Блау рассматривают это как отправную точку. Эта платформа сочетает в себе механическую простоту, эффективную электронику и масштабируемое производство. Он подходит для областей, требующих распределенного микроскопического интеллекта, знаменуя начало новой эры микроскопических роботов.