Science Robotics: эксперты создали самых маленьких автономных роботов во всем мире
фото: фрипик
В последние годы учёные из США достигли значительных успехов в разработке микроскопических роботов, которые обладают способностью к автономной перцепции окружающей среды, обработке данных и выполнению задач без внешнего управления. Эти устройства представляют собой самые миниатюрные в мире полностью программируемые и автономные роботизированные системы, сравнимые по размерам с микроорганизмами. Результаты данного исследования были опубликованы в престижном научном журнале Science Robotics, что подчёркивает их значимость в области робототехники.
Микророботы, имеющие габариты 0,2×0,3×0,05 мм, остаются невидимыми невооружённым глазом и требуют использования микроскопических методов наблюдения. Их структура включает в себя источник энергии, сенсорные элементы, процессор и систему передвижения. Примечательно, что производство этих миниатюрных устройств осуществляется на едином листе материала, что открывает перспективы для массового изготовления. Стоимость одного микроробота составляет менее одного доллара, а ожидаемый срок службы достигает нескольких месяцев, что делает их экономически выгодными для широкого применения.
Одной из ключевых проблем, с которой сталкиваются микророботы, является сопротивляемость водной среды, в которой они часто используются. Традиционные механические движители демонстрируют низкую эффективность в таких условиях. В рамках решения данной проблемы команда под руководством Марка Мискина предложила инновационный подход, основанный на создании электрического поля, воздействующего на ионы в водной среде. Это электрическое поле индуцирует движение ионов, которые, в свою очередь, передают импульс молекулам окружающей среды, создавая тягу. Таким образом, робот буквально "двигает воду", что позволяет ему эффективно функционировать в водной среде.
Вычислительная система микророботов была разработана учёными из Университета Мичигана. Программное обеспечение потребляет всего 75 нановатт энергии, что в 100 000 раз меньше, чем у современных умных часов. Питание микророботов осуществляется за счёт микроскопических солнечных элементов, которые выполняют также функцию оптических датчиков.
Программирование микророботов осуществляется с использованием световых импульсов. Каждое устройство оснащено уникальным идентификатором, что позволяет задавать индивидуальные инструкции и распределять задачи между ними. Роботы способны двигаться по сложным траекториям, координировать свои действия и измерять температуру с высокой точностью до 0,3°C. В ходе экспериментов роботы демонстрировали способность передавать данные, имитируя поведение пчёл, что свидетельствует о их высокой адаптивности и эффективности.
Основным преимуществом микророботов является их микроскопический размер, который позволяет им работать в условиях, недоступных для традиционных технических средств. В медицине они могут использоваться для измерения температуры и химических изменений в отдельных клетках, что способствует диагностике воспалений, опухолей и оценке реакции тканей на лечение без хирургического вмешательства. Это открывает новые перспективы для неинвазивной диагностики и мониторинга состояния здоровья.
В фармакологии микророботы находят применение для тестирования лекарственных препаратов в клеточной среде и доставки активных веществ. В промышленности они используются для сборки микроустройств, проверки микросхем и диагностики дефектов. Низкая стоимость и автономность этих устройств позволяют использовать тысячи микророботов одновременно, что существенно повышает производительность и точность процессов.
Микророботы представляют значительный интерес для научных исследований, так как они позволяют изучать микропроцессы и могут служить основой для разработки будущих систем роевого интеллекта. Марк Мискин отмечает, что это лишь начало, и возможности микророботов будут продолжать расширяться, открывая новые горизонты для научных и прикладных исследований.
