Мікромашини: Як наступна велика річ у робототехніці насправді зовсім маленька

Через півстоліття після того, як Ніл Армстронг вимовив слова “один гігантський стрибок для людства”, технологічні інновації стали меншими. Так, ми все ще захоплюємося величезними будівлями, що здіймаються в небо, і потужними ракетами, що кидають виклик гравітації, але багато з найбільших досягнень відбуваються в масштабах, які немислимо крихітні в порівнянні з минулим. Нові покоління мобільних пристроїв – ноутбуків, смартфонів і розумних годинників – зменшують товщину своїх і без того тонких попередників на лічені міліметри, роблячи і без того маленькі і портативні пристрої ще меншими і більш портативними. Технологія CRISPR/cas9 дозволяє вченим редагувати окремі гени, потенційно викорінюючи в результаті смертельні хвороби. Нові нанометрові процеси дозволяють розробникам мікросхем втискати дедалі більше транзисторів на поверхню інтегральних схем, подвоюючи при цьому обчислювальну потужність кожні 12-18 місяців.

• Приклади є скрізь
• Як ми будемо їх використовувати?

Світ робототехніки не є винятком. Думаєте, що такі роботи, як собакоподібний робот Spot від Boston Dynamics або людиноподібний робот Atlas, знаходяться на вершині купи інновацій лише тому, що вони найпомітніші? Не так швидко! На менш помітному кінці спектру досягнення можуть бути не такими очевидними – але, зважаючи на їхній масштаб, вони можуть бути ще більш захоплюючими.

Ласкаво просимо до світу мікроскопічних роботів – жанру робототехніки, який не так привертає увагу, як його металеві старші брати і сестри, але потенційно настільки ж трансформаційний. Ці роботи можуть бути корисними для широкого спектра застосувань, від виконання мікро- або нанорозмірних хірургічних операцій до дослідження інших планет.

• Платіжні чіпи, що імплантуються: Майбутнє чи нездійсненна мрія кіберпанку?
• Аналоговий штучний інтелект? Звучить божевільно, але за цим може бути майбутнє
• GoPro Hero 10 Black: 7 речей, які я люблю, і 2, які ні

Приклади є скрізь

Демонстрації цієї технології в дії є всюди. Нещодавно дослідники з Університету Південної Каліфорнії побудували літаючого робота, натхненного комахами, який важить всього 95 міліграмів і менший за копійку.

Тим часом в німецькому Інституті інтелектуальних систем імені Макса Планка, наприклад, інженери побудували невеликий керований автомобіль. Це не звучить особливо незвично, доки не дізнаєшся, що це не маленька машина на кшталт Chevrolet Spark чи Ford Fiesta, а робот у формі автомобіля розміром всього 40-50 мікрометрів. Це приблизно половина діаметра однієї людської волосини. Лабораторія побудувала серію таких самозбірних мобільних

“Наша команда запропонувала [низку] нових синтетичних і біо-гібридних мікророботів”, – розповів Digital Trends доктор Метін Сітті, директор Департаменту фізичного інтелекту Інституту Макса Планка. “В якості синтетичних малогабаритних роботів ми продемонстрували різні м’які програмовані за формою бездротові мобільні роботи з можливістю багатолокусних рухів і багатофункціональних операцій. Такі м’які крихітні роботи були натхненні м’якими дрібними тваринами, такими як медузи, гусениці, теплолюбні, сперматозоїди та личинки жуків. Як біо-гібридні мікророботи, ми також запропонували мікроплаваючі апарати на основі бактерій і водоростей для доставки прикріпленого вантажу в цільові регіони, коли вони відчувають мікросередовище, [таке як] хімічні або кисневі градієнти, зміни рН і світло”.

“[Мікророботи можуть бути корисними] для неінвазивної або мінімально інвазивної медичної діагностики і лікування протягом короткого або тривалого часу”.

Слово “вони” у множині часто вживається, коли люди говорять про мікророботів. Ми могли б розглянути можливість спільної роботи декількох великих роботів, але, швидше за все, це будуть лише деякі з них, що функціонуватимуть спільно один з одним. Перефразовуючи пісню Green Day “Boulevard of Broken Dreams”, роботи такого масштабу призначені для того, щоб ходити (або котитися, або повзати, або плавати, або стрибати) поодинці. Зовсім інша справа на меншому кінці спектру.

“З традиційними роботами, роботи повинні бути складними і здатними виконувати складні завдання, як правило, самостійно”, – сказав Деа Гю Кім, аспірант, який працює над мікророботами в Технологічному інституті Джорджії. “Однак з мікророботами вони можуть бути більш дешевими і простими. Замість того, щоб покладатися на одного робота для виконання однієї конкретної складної дії, велика група роботів може взаємодіяти різними способами для виконання різних дій”.

Цей крихітний робот, створений в Технологічному інституті Джорджії, ледь помітний

Роботи, над якими працює Кім, мають довжину кілька міліметрів, приблизно як мураха (хоча в майбутньому команда сподівається зробити їх ще меншими). Надруковані на 3D-принтері створіння ходять на чотирьох або шести щетиноподібних ногах. Завдяки наявності на спині п’єзоелектричного актуатора з титанату цирконату свинцю, ними можна керувати за допомогою крихітних вібрацій.

Як ми будемо їх використовувати?

“Найбільш ідеальне реальне застосування [цих роботів] для мене – це використання великої групи щетинистих роботів для доступу до важкодоступних місць, таких як тріщини всередині великої інфраструктури або невеликі зазори в складних механізмах, куди люди або звичайні роботи не можуть потрапити і виконати обстеження”, – продовжив Кім. “Вони можуть працювати, імітуючи поведінку комах, які шукають їжу, і [передаючи] назад дані, які їх цікавлять”.

Метін Сітті, тим часом, вважає, що найбільшу користь ці крихітні роботи принесуть у медичній сфері. “Я вважаю, що найбільший науковий і суспільний вплив мобільна мікроробототехніка матиме в охороні здоров’я, де бездротові мікророботи зможуть отримати доступ до безпрецедентних або важкодоступних ділянок всередині людського тіла”, – продовжив Сітті. “Це може бути корисним для неінвазивної або мінімально інвазивної медичної діагностики і лікування протягом короткого або тривалого часу. Тому моя група зосередилась на застосуванні наших нових мікророботів для різних медичних застосувань, таких як цілеспрямована терапія раку, емболізація, розтин тромбів, біопсія і мікрохірургія”.

Існує багато інших ідей, звідки походять ці дві. Від апаратів безперервної візуалізації до мікрокоманд роботів, здатних переміщувати об’єкти, набагато більші за них самих, і мікророботів, керованих магнітами, які можуть видаляти важкі метали із забрудненої води, існує небагато сфер, де мікророботи не могли б виявитись корисними в тій чи іншій якості. Оскільки дослідники все частіше демонструють їх здатність пересуватися по різноманітній місцевості, починаючи від підступних схилів і закінчуючи плаванням у біологічних рідинах, вони ставатимуть лише кориснішими.

Вузькі місця, звичайно, все ще існують. Як і у випадку з більшими роботами, вони включають проблему живлення роботів без необхідності тримати їх прив’язаними, зробити їх більш маневреними і полегшити їх серійне виробництво. У випадку з медичним застосуванням вони також мають бути безпечними, перш ніж їх можна буде використовувати для місій на кшталт “Фантастичної подорожі” в людському тілі. Але над цими проблемами працює, вдосконалюється і, в багатьох випадках, вирішується дедалі більша кількість дослідників в усьому світі.

Як одного разу сказав фізик Річард Фейнман про сферу нанотехнологій, меншу родичку мікроробототехніки, “На дні багато місця”. Але це точно не через відсутність інтересу!

Рекомендації редакції

• Наступна велика річ у науці вже у вашій кишені
• Останній штрих: як вчені наділяють роботів тактильними відчуттями, подібними до людських
• Як 5G змінює журналістику
• Чому Matter – найважливіший тренд розумного будинку з CES 2022
• Цей дикий новий дисплей ставить гігантський 120-дюймовий віртуальний монітор на ваш стіл

• Особливості
• HBO Max
• Спеціальні функції
• Що буде далі: Як технології допомагають суспільству знову відкритися після коронавірусу

Source: digitaltrends.com