В итоге получилось устройство, по размерам сходное с микроорганизмами, но способное выполнять сложные задачи, воспринимать окружающую среду и принимать самостоятельные решения без внешнего вмешательства. Ориентировочная стоимость каждого – менее доллара, а автономность позволяет им функционировать месяцами.
Микроскопические автономные роботы – новая эра нанотехнологий
Недавние достижения в области биоинженерии привели к созданию самых малых в мире автономных роботов. Размеры таких устройств достигают всего нескольких сотых миллиметра, однако внутри скрыт полный набор элементов, необходимых для самостоятельной работы: источник питания, сенсоры, вычислительный блок и системы движения.
Michael Simari, Michigan Integrated Circuits Laboratory
Эти крошечные роботы – результат работы американских ученых, которые использовали стандартные микроэлектронные технологии для их изготовления.
Основная сложность для миниатюрной техники – преодолеть сопротивление воды. Традиционные механические системы работают плохо из‐за сильной вязкости жидкостей. Для решения этой задачи команда ученых во главе с Мартином Мискиным предложила оригинальный метод: вместо механических движущихся деталей роботы создают электрическое поле, которое заставляет ионы взаимодействовать с водой. Такой эффект вызывает передачу импульса от ионов к молекулам воды, что и обеспечивает движение без классических моторов.
В основе вычислительной системы робота – миниатюрные солнечные элементы, которые одновременно служат датчиками и источниками энергии, а для программирования используется световая стимуляция: каждая микросистема обладает личным идентификатором, что позволяет управлять ими по отдельности или группами. Этот подход требует переосмысления стандартных алгоритмов, чтобы уместиться в ограниченной памяти мини-робота.
Для чего нужны микророботы
Все эти разработки позволяют устройствам выполнять практические задачи. Роботы могут двигаться по сложным траекториям, взаимодействовать между собой в группах, мониторить температуру с точностью до трети градуса... В медицине такие микроустройства могут стать инструментом точечного наблюдения за клетками и тканями, отслеживая воспаления, раковые образования или реакции организма на лечение без необходимости открытых операций.
Также микророботы находят применение в фармакологии – тестировании новых препаратов на клеточном уровне и доставке активных веществ прямо к целевым участкам. В промышленности такие устройства станут незаменимыми для осмотра или ремонта микросхем, обнаружения дефектов и контроля труднодоступных участков.
Эксперт Марк Мискин подчеркивает, что это – лишь первая стадия развития миниатюрных роботов. Создание крошечных устройств с собственным «мозгом», сенсорами и системами движения доказало, что на микроуровне можно реализовать практически любой сложный сценарий.