دانشمندان دانشگاه پنسیلوانیا و دانشگاه میشیگان موفق به ساخت کوچک‌ترین ربات‌های خودمختار و قابل برنامه‌ریزی جهان شده‌اند؛ ربات‌هایی با عرض حدود ۲۰۰ میکرومتر یعنی تقریبا دو برابر ضخامت موی انسان. این ماشین‌های فوق‌ریز قادرند محیط اطراف خود را حس کنند، تصمیم بگیرند و بدون دریافت فرمان خارجی به‌طور مستقل عمل کنند؛ فناوری‌ای که به گفته پژوهشگران می‌تواند در آینده برای پایش سلامت سلول‌های بدن یا رساندن دارو به نقاط مشخص برای درمان بیماری‌ها به کار رود.

به گزارش new atlas، دستاورد اصلی این پژوهش امکان حرکت مستقل رباتی به طول تنها یک‌پنجم میلی‌متر است؛ چالشی که دانشمندان دهه‌ها در تلاش برای حل آن بوده‌اند. در مقیاس میکروسکوپی، نیرو‌های فیزیکی مانند اصطکاک و گرانروی تاثیر بسیار بیشتری دارند و حرکت در مایع برای چنین ابعادی مشابه شنا کردن انسان در ماده‌ای غلیظ مانند قیر است.

برای غلبه بر این مانع تیم دانشگاه پنسیلوانیا یک سامانه پیشرانش جدید طراحی کرده است. این میکروربات‌ها با نور LED تغذیه می‌شوند و در محلولی از پراکسید هیدروژن حرکت می‌کنند که نقش سوخت را ایفا می‌کند. ربات با ایجاد یک میدان الکتریکی یون‌های موجود در محلول را به حرکت درمی‌آورد و این یون‌ها به‌نوبه خود مولکول‌های آب را می‌کشند. ربات‌ها می‌توانند با تنظیم این میدان الکتریکی، الگو‌های حرکتی پیچیده‌ای ایجاد کرده و حتی به‌صورت گروهی با سرعتی معادل طول بدن خود در هر ثانیه حرکت کنند.

کوچک‌ترین ربات خودمختار جهان به کوچک‌ترین رایانه جهان نیز نیاز دارد؛ عنوانی که به رایانه توسعه‌یافته توسط تیم دیوید بلاو در دانشگاه میشیگان تعلق دارد. پژوهشگران این ریزرایانه را با سامانه حرکتی طراحی‌شده در پنسیلوانیا یکپارچه کرده و یک رایانه کامل شامل پردازنده، حافظه و حسگر‌ها را روی تراشه‌ای کوچک‌تر از یک میلی‌متر ساخته‌اند.

این ربات‌ها نور مورد نیاز خود را از طریق پنل‌های خورشیدی میکروسکوپی دریافت می‌کنند که تنها ۷۵ نانووات توان تولید می‌کنند؛ توانی که بیش از ۱۰۰ هزار برابر کمتر از مصرف یک ساعت هوشمند است. به همین دلیل مدار‌های این ریزرایانه با ولتاژ‌های بسیار پایین کار می‌کنند و مصرف انرژی آنها بیش از هزار برابر کاهش یافته است.

یکی از نکات قابل توجه این پروژه هزینه بسیار پایین سامانه است. هر ربات در تولید انبوه حدود یک سنت هزینه دارد و برخلاف تصور تجهیزات لازم برای برنامه‌ریزی و کنترل آنها نیز گران‌قیمت نیست. 

به گفته مارک میسکین، استاد مهندسی دانشگاه پنسیلوانیا و نویسنده اصلی این پژوهش کل سامانه کنترلی با هزینه‌ای حدود ۱۰۰ دلار ساخته شده است. این مجموعه شامل LED‌های معمولی یک رایانه رزبری‌پای و یک سیستم تصویربرداری متشکل از دوربین تلفن همراه با لنز ماکرو است؛ سامانه‌ای که عملکردی هم‌سطح میکروسکوپ‌های پیشرفته ۱۰۰ هزار دلاری دارد.

این میکروربات‌ها به حسگر‌های الکترونیکی مجهز هستند که می‌توانند دما را با دقت یک‌سوم درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری کنند و از این طریق سلامت سلول‌های منفرد را پایش نمایند. با این حال موانعی جدی برای کاربرد پزشکی آنها وجود دارد. این ربات‌ها برای فعالیت به نور مداوم نیاز دارند و با قطع نور خاموش شده و حافظه آنها پاک می‌شود. همچنین نسخه فعلی این ربات‌ها در محلولی از پراکسید هیدروژن فعالیت می‌کنند که برای سلول‌های زنده سمی است.

پژوهشگران با اذعان به این محدودیت‌ها تاکید می‌کنند که این مشکلات قابل حل است. از آنجا که ساختار ربات به‌صورت الکترونیکی یکپارچه طراحی شده می‌توان عملگر‌های زیست‌سازگار را جایگزین نمونه‌های فعلی کرد. به گفته میسکین، تیم پژوهشی در حال کار روی توسعه این نسخه‌های جدید است.

در کنار کاربرد‌های پزشکی پژوهشگران به استفاده از این ربات‌ها برای مونتاژ قطعات در مقیاس میکروسکوپی نیز امیدوارند. آنها معتقدند این فناوری می‌تواند هزینه‌ها را کاهش دهد سرعت طراحی را افزایش دهد و حتی فرآیند مالکیت فکری را ساده‌تر کند.

به گفته میسکین مقیاس میکرو دنیایی شگفت‌انگیز است و داشتن عامل‌های کوچکی که انسان بتواند آنها را برنامه‌ریزی و کنترل کند می‌تواند در‌های تازه‌ای به روی فناوری بگشاید؛ کاربرد‌هایی که شاید بهترین آنها هنوز حتی تصور هم نشده‌اند.

انتهای پیام/