Sotva je uvidíte: Vědci vytvořili nejmenší autonomní roboty na světě

Desetitisícové zmenšení předchozích konstrukcí

Marc Miskin, profesor elektrotechniky, vysvětluje, že tyto roboty jsou desetitisíckrát menší než dosavadní mikroboti. To otevírá zcela novou škálu pro programovatelnou robotiku. Výsledky výzkumu byly publikovány v prestižních časopisech Science Robotics a Proceedings of the National Academy of Sciences. Vědci vidí potenciální využití od sledování zdraví jednotlivých buněk až po pomoc při stavbě mikroskopických strojů.

Zmenšování robotů na submilimetrové rozměry přináší zcela nové fyzikální výzvy. Zatímco ve velkém měřítku dominují setrvačnost a gravitace, v mikrosvětě se rozhodující roli ujímají povrchové síly jako odpor prostředí a viskozita. Miskin to přirovnává k tlačení skrz dehet.

Skupina proto vyvinula zcela nový systém pohybu, který nespoléhá na pohyblivé komponenty. Místo miniaturních ozubených kol každý robot manipuluje s ionty v okolní kapalině pomocí elektrických polí. Tyto ionty pak tlačí do okolních molekul vody, což robota efektivně pohání vpřed.

Je to, jako by robot byl v proudící řece, ale zároveň sám způsobuje, že se řeka pohybuje. Roboty dosahují rychlosti přibližně jedna délka těla za sekundu a mohou se koordinovat jako hejno ryb. Absence pohyblivých částí činí konstrukci mechanicky robustní. Energii získávají roboty pomocí solárních panelů, které stačí osvítit běžným LED světlem, a stroje mohou fungovat celé měsíce.

Nejmenší počítač na světě uvnitř

Pro vytvoření robotů schopných jednat samostatně se tým z Pensylvánie spojil se skupinou Davida Blaauwho z Michiganské univerzity, známou vývojem nejmenšího počítače na světě. Spolupráce začala před pěti lety po setkání na konferenci organizace DARPA.

Integrace výpočetní techniky do tak malých zařízení vyžadovala ultraefektivní elektroniku. Solární panely každého robota generují pouhých 75 nanowattů – více než stotisíckrát méně energie než chytré hodinky. Blaauwův tým postavil obvody fungující na extrémně nízkých napětích, čímž snížil spotřebu počítače více než tisíckrát. Výsledkem je plně integrované zařízení obsahující procesor, paměť, senzory a motorickou funkci. Mikropočítač umožňuje robotům snímat teplotu s přesností asi třetiny stupně Celsia a reagovat podle toho.

Tanec jako komunikace

Lidští pozorovatelé komunikují s roboty prostřednictvím pohybu. Blaauwův tým zakódoval data, například naměřenou teplotu, do fyzických pohybů. Robot předvádí malý tanec, který vědci sledují mikroskopem s kamerou a dekódují sdělované informace – je to velmi podobné tomu, jak spolu komunikují včely.

Vědci mohou každého robota napájet a programovat individuálně pomocí specifických pulsů světla. Každý robot stojí při výrobě přibližně 25 korun a finální fáze výroby dokáže vytvořit stovky robotů současně.

Miskin a Blaauw vnímají současnou konstrukci spíše jako startovní bod. Výzkumníci jsou optimističtí, že postupem času dokážou zvýšit paměť svých robotů, což umožní složitější programování a sofistikovanější autonomní chování.

Tým prokázal, že miniaturní, plně funkční robot dokáže přežít a fungovat celé měsíce, čímž otevřel dveře nové budoucnosti pro mikrorobotiku. Protože roboty fungují ve stejném velikostním režimu jako mnoho mikroorganismů, mohly by jednoho dne navigovat tkáněmi nebo mikroskopickými výrobními linkami, které jsou pro tradiční robotiku nepřístupné.

Zdroj: Science alert, Science