Roboti menší než zrnko soli už dokážu „plávať“ a stoja iba 1 cent

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Robot má rozmery približne 200 × 300 × 50 µm.

• Napája sa svetlom, funguje aj mesiace  

• Teplotu meria s presnosťou až 0,33 °C.

Keď sa povie autonómny robot, väčšina z nás si predstaví niečo na kolesách, s batériou a kamerou. Tím z University of Pennsylvania a University of Michigan však posunul význam slova „robot“ do mikrosveta, kde sa zariadenie dá sotva postrehnúť voľným okom a bez problémov sa stratí na špičke prsta.

Zdroj foto: Maya Lassiter, University of Pennsylvania

Výsledkom sú podľa autorov najmenšie plne programovateľné autonómne roboty na svete: mikroskopické „plávajúce“ stroje, ktoré vedia samostatne vnímať okolie, rozhodovať sa a reagovať. Každý robot má rozmery približne 200 × 300 × 50 mikrometrov, teda je menší než zrnko soli.

Napriek tomu obsahuje kompletný balík toho, čo zvyčajne spájame s autonómiou: výpočtovú časť, senzory, pohon aj zdroj energie. Autori zároveň tvrdia, že roboty sú navrhnuté tak, aby fungovali celé mesiace a v masovej výrobe by mali stáť približne jeden cent za kus.

Najväčší problém pri robotike v tejto mierke nie je len „zmenšiť motor“, ale vymyslieť pohyb úplne nanovo. Pod hranicou 1 milimetra začnú dominovať sily viazané na povrch a trenie v kvapalinách, takže tradičné nohy či kĺby sa buď nedajú vyrobiť, alebo sa rýchlo poškodia.

Riešenie tohto tímu je elegantne bezpákové: robot nevlní telom ani nešermuje „končatinami“, ale vytvára elektrické pole, ktoré posúva ióny v roztoku. Pohyb iónov následne „rozhýbe“ vodu v okolí robota a tá ho posúva dopredu, akoby sa zrazu ocitol v prúde rieky, ktorý si sám vytvára.

Tento spôsob má dve praktické výhody. Prvá je odolnosť, pretože elektródy nemajú pohyblivé časti a zariadenie sa dá opakovane prenášať aj mikropipetou bez toho, aby sa rozbilo. Druhá je ovládateľnosť: úpravou elektrického poľa robot dokáže meniť trajektóriu a plávať v zložitejších vzoroch.

Zdroj foto: Maya Lassiter, University of Pennsylvania

Tím uvádza rýchlosť až približne jednu dĺžku tela za sekundu, a roboty vedia postupovať aj koordinovane v skupine, podobne ako hejno rýb. Energia je pri mikrorobotoch kritická mena.

Tu prichádza na scénu Michigan so skúsenosťami s extrémne malými počítačmi: podľa autorov majú na robotoch drobné solárne články, ktoré produkujú iba približne 75 nanowattov výkonu. To je o viac než 100 000-krát menej, než sa v texte porovnáva so spotrebou smart hodiniek, takže bežná elektronika by sa v takom rozpočte ani „nezobudila“.

Zdroj foto: Maya Lassiter, University of Pennsylvania

Tím preto vyvinul špeciálne obvody pracujúce pri veľmi nízkych napätiach a znížil spotrebu počítača o viac než 1000-krát. Keďže solárne články zaberajú väčšinu plochy, procesor a pamäť museli byť natlačené do zvyšku čipu.

Autori opisujú, že preprogramovali samotnú „reč“ inštrukcií tak, aby sa to, čo by normálne vyžadovalo viacero krokov na riadenie pohonu, zbalilo do jednej špeciálnej inštrukcie. Cieľ bol jasný: program musí byť dostatočne krátky, aby sa zmestil do veľmi malej pamäte, no zároveň užitočný.

Zdroj foto: Maya Lassiter, University of Pennsylvania

Zaujímavý je aj spôsob komunikácie. Roboty podľa tímu dokážu reportovať namerané hodnoty tak, že ich zakódujú do „wiggles“ – drobnej choreografie pohybov, ktorú kamera zachytí pod mikroskopom a následne dekóduje.

Autor textu to prirovnáva ku komunikácii včiel, ktoré si odovzdávajú informácie pohybom. Senzorická výbava nie je len marketingový doplnok. Roboty majú elektronické teplotné senzory s presnosťou približne na tretinu stupňa Celzia, čo im umožňuje vyhľadávať oblasti s rastúcou teplotou alebo teplotu nahlasovať ako proxy pre bunkovú aktivitu.

V praxi to má smerovať k aplikáciám, kde sa meria či monitoruje mikroskopické prostredie priamo pri bunkách, prípadne k mikrovýrobe, kde by „hejná“ pomáhali skladať alebo kontrolovať mikrozariadenia.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ:

Autonómia v mikrometroch otvára cestu k „hejnam“ robotov, ktoré môžu pracovať pri bunkách alebo v mikrovýrobe bez káblov a externých polí.

^{Zdroj: eurekalert.org, seas.upenn.edu foto: Maya Lassiter, University of Pennsylvania}

Zobrazit Galériu