Ta skala miniaturyzacji jest oszałamiająca. Gdyby porównać je do wcześniejszych autonomicznych robotów, są dziesięć tysięcy razy mniejsze. Każda taka mikromaszyna to skomplikowany system, w którego wnętrzu kryje się napęd, sensory i własny „mózg”. Co ciekawe, szacunkowy koszt produkcji jednego egzemplarza to zaledwie około jednego pensa, co po przeliczeniu daje niecałe 5 groszy. Taka cena otwiera zupełnie nowe możliwości, chociaż od laboratorium do powszechnego użycia droga bywa daleka.
Napęd bez śrubek i przekładni. Jak poruszają się te maleństwa?
Kluczem do sukcesu okazało się odrzucenie tradycyjnej myśli inżynierskiej. W tej skali montaż jakichkolwiek ruchomych części, jak śruby czy silniczki, jest praktycznie niewykonalny. Zamiast tego naukowcy zastosowali eleganckie rozwiązanie wykorzystujące zjawiska elektrokinetyczne. Mikrorobot generuje wokół siebie pole elektryczne, które wprawia w ruch jony znajdujące się w otaczającym go płynie. To one, odpychając cząsteczki wody, tworzą ciąg popychający urządzenie do przodu.
Brak mechanicznych elementów podatnych na zużycie przekłada się na ich niezwykłą wytrzymałość. Prototypy mogą funkcjonować w środowisku płynnym przez wiele miesięcy bez awarii. Co równie ważne, cały system zasilany jest światłem, co eliminuje problem z magazynowaniem energii w mikroskali.
Czytaj też: Japoński robot pies z mięśniami na sprężone powietrze. Porusza się jak prawdziwe zwierzę
Sercem każdego robota jest ultraminiaturowy procesor zaprojektowany na University of Michigan. Jego zapotrzebowanie na moc jest wręcz symboliczne – zaledwie 75 nanowatów. Dla porśmiania, standardowa dioda LED zużywa około dziesięciu miliardów razy więcej energii. Zaprogramowanie takiego układu wymagało nowego podejścia. Złożone algorytmy musiały zostać skondensowane do pojedynczych, specjalnych komend sterujących ruchem. Do komunikacji z robotami wykorzystuje się impulsy świetlne, które niosą zarówno energię, jak i instrukcje. Każda jednostka ma swój unikalny adres, dzięki czemu można kierować polecenia do wybranych osobników w całym roju.
Jak mikroroboty postrzegają świat?
Obecna generacja jest wyposażona w czujniki temperatury o niespotykanej czułości, potrafiące wykryć zmianę rzędu jednej trzeciej stopnia Celsjusza. To nie jest tylko bierny pomiar. Urządzenia mogą aktywnie reagować, np. przemieszczając się w kierunku źródła ciepła lub sygnalizując detekcję poprzez specyficzne, zsynchronizowane ruchy, przypominające nieco pszczeli taniec.
Czytaj też: Ciało 2.0. Sztuczne mięśnie włókniste prześcigają biologię o ponad 100 razy
Ich zachowania wykraczają poza proste reakcje na bodźce. Potrafią poruszać się według zaprogramowanych wzorów, koordynować działania w grupie i działać zespołowo. Połączenie autonomicznej mobilności, sensoryki i przetwarzania danych w tak małej obudowie to bez wątpienia milowy krok dla robotyki. Trzeba jednak pamiętać, że to wciąż etap badań podstawowych.
Twórcy podkreślają, że to dopiero wstęp do dalszego rozwoju
W przyszłości mikroroboty mogą zostać wyposażone w różnego rodzaju sensory – od chemicznych po biologiczne, zdolne do wykrywania konkretnych białek czy wirusów. Możliwe stanie się także przechowywanie bardziej złożonych programów i operowanie w trudniejszych środowiskach, np. w organizmie człowieka.
Czytaj też: Apollo w akcji. Google DeepMind uczy roboty rozumieć nieznane
To właśnie medycyna wydaje się najciekawszym polem zastosowań. Wizja mikroskopijnych maszyn dostarczających lek bezpośrednio do chorych komórek, rozpuszczających zakrzepy czy prowadzących precyzyjną diagnostykę od lat pojawia się w literaturze. W przemyśle mogłyby one zrewolucjonizować mikroprodukcję, manipulując komponentami niedostępnymi dla ludzkich rąk. Technologia otwiera drzwi do świata, w którym maszyny współdziałają z pojedynczymi komórkami. Perspektywy są fascynujące, ale nie ma się co łudzić, wdrożenia wymagają jeszcze wielu lat pracy i pokonania licznych wyzwań, głównie związanych z kontrolą i bezpieczeństwem takich systemów w żywych organizmach.