رباتهای نانومقیاس سالها در حد یک ایده علمیتخیلی مطرح بودند، اما پیشرفتهای اخیر در فناوری ساخت و الکترونیک، این تصور را به واقعیت نزدیکتر کرده است. به گزارش Techspot، اکنون پژوهشگران توانستهاند رباتهایی بسازند که نهتنها بسیار کوچکاند، بلکه به صورت کاملا مستقل عمل میکنند. این دستاورد حاصل همکاری مشترک دانشگاه پنسیلوانیا و دانشگاه میشیگان است و میتواند مسیر تازهای برای پزشکی، زیستفناوری و ساخت ماشینهای میکروسکوپی هموار کند.
معرفی کوچکترین رباتهای خودمختار
مهندسان دانشگاه پنسیلوانیا و دانشگاه میشیگان موفق شدهاند کوچکترین رباتهای کاملا برنامهپذیر و خودمختار جهان را طراحی کنند. ابعاد هر یک از این رباتها حدود ۲۰۰ در ۳۰۰ در ۵۰ میکرومتر است؛ یعنی کوچکتر از یک دانه نمک و در مقیاسی نزدیک به سلولهای زیستی. هزینه تولید هر ربات نیز در حدود یک سنت برآورد شده است.
این رباتها میتوانند بدون اتصال فیزیکی، میدان مغناطیسی یا کنترلکننده خارجی، حرکت کنند، محیط اطراف را حس کنند، دادهها را پردازش کرده و به شرایط واکنش نشان دهند. به گفته مارک میسکین، استاد مهندسی برق و سیستمها، این رباتها حدود ۱۰ هزار برابر کوچکتر از میکرو رباتهای امروزی هستند و یک مقیاس کاملا جدید برای رباتیک برنامهپذیر ایجاد میکنند.
چالشهای فیزیکی در مقیاس میکروسکوپی
در ابعاد زیر میلیمتر، قوانین فیزیک به شکل متفاوتی عمل میکنند. در این مقیاس، نیروی گرانش و اینرسی اهمیت کمتری دارند و نیروهایی مانند اصطکاک، چسبندگی و ویسکوزیته غالب میشوند. به همین دلیل، استفاده از قطعات مکانیکی متحرک مانند پا یا چرخ عملا امکانپذیر نیست. پژوهشگران برای حل این مشکل، یک سیستم حرکتی کاملا جدید طراحی کردهاند که هیچ قطعه متحرکی ندارد. این رباتها با ایجاد میدانهای الکتریکی، یونهای موجود در مایع اطراف خود را جابهجا میکنند و این حرکت یونها، آب اطراف را به جریان میاندازد و باعث حرکت ربات میشود.
هماهنگی گروهی و دوام بالا
این رباتها قادرند با تنظیم میدان الکتریکی، مسیرهای حرکتی پیچیدهای طی و حتی به صورت گروهی و هماهنگ، مشابه حرکت دستهجمعی ماهیها، عمل کنند. سرعت حرکت آنها به حدود یک برابر طول بدن در هر ثانیه میرسد. نبود قطعات مکانیکی متحرک باعث شده این رباتها از نظر ساختاری بسیار مقاوم باشند و بتوان آنها را بارها بین نمونههای مختلف جابهجا کرد. منبع انرژی این رباتها یک LED ساده است و میتوانند ماهها بدون افت عملکرد فعالیت کنند.
رایانش در مقیاس میکرو
برای خودمختار شدن کامل رباتها، تیم دانشگاه پنسیلوانیا با گروه دیوید بلاو از دانشگاه میشیگان همکاری کرده است؛ گروهی که پیشتر کوچکترین رایانه جهان را توسعه داده بودند. هر ربات دارای یک رایانه داخلی کامل شامل پردازنده، حافظه، حسگر و سیستم حرکتی است. پنلهای خورشیدی این رباتها تنها ۷۵ نانووات انرژی تولید میکنند که بیش از ۱۰۰ هزار برابر کمتر از مصرف یک ساعت هوشمند است. با این حال، مدارهای فوق کممصرف طراحیشده امکان پردازش دادهها را فراهم میکنند. این رباتها میتوانند دما را با دقت حدود یکسوم درجه سانتیگراد تشخیص دهند و نسبت به آن واکنش نشان دهند.
ارتباط و برنامهریزی
ارتباط انسان با این رباتها از طریق مشاهده حرکت آنها انجام میشود. دادهها به شکل الگوهای حرکتی رمزگذاری میشوند؛ روشی که شباهت زیادی به رقص ارتباطی زنبورهای عسل دارد. پژوهشگران میتوانند هر ربات را به صورت جداگانه یا گروهی، با پالسهای نوری برنامهریزی کنند و وظایف متفاوتی به آنها بدهند.
ساخت کوچکترین رباتهای خودمختار جهان را میتوان نقطه عطفی در حوزه میکرورباتیک دانست. این فناوری نشان میدهد که ترکیب سادگی مکانیکی، الکترونیک فوق کممصرف و تولید مقیاسپذیر میتواند راه را برای کاربردهایی مانند پایش سلولی، درمانهای درونبدنی و ساخت ماشینهای میکروسکوپی هموار کند. هرچند این رباتها هنوز در مراحل اولیه توسعه قرار دارند، اما چشمانداز آنها نویدبخش آیندهای کاملا متفاوت برای رباتیک در مقیاس میکرو است.