In een baanbrekende wetenschappelijke doorbraak hebben ingenieurs van de University of Pennsylvania en de University of Michigan ’s werelds kleinste volledig programmeerbare en autonome robots ontwikkeld — microscopische zwemmende machines die onafhankelijk kunnen waarnemen, reageren en maandenlang werken tegen een kostprijs van slechts een cent per stuk.
The world’s smallest programmable, autonomous robots | Penn TodayEngineers at Penn Engineering have created robots barely visible to the naked eye that operate without tethers, magnetic fields or joystick-like controls. |
Een robot kleiner dan een zoutkorrel
Deze ultratienige robots zijn slechts ongeveer 200 × 300 × 50 micrometer groot — kleiner dan een korrel zout — en opereren op dezelfde schaal als biologische micro-organismen.
Ze worden aangedreven door licht, dragen een microscopische computer en kunnen worden geprogrammeerd om complexe bewegingen uit te voeren, lokale temperaturen te detecteren en hun koers daarop aan te passen.
|
World's smallest autonomous robots could one day save your lifeTiny, programmable robots from Penn and Michigan can perceive, think, and act independently, promising future medical breakthroughs and microscale assembly. |
De kunst van autonomie op microschaal
Wat deze robots echt onderscheidt, is hun echte autonomie. In tegenstelling tot eerdere micro-robots hebben ze geen externe besturing, magnetische velden of tethers nodig. In plaats daarvan nemen zij zelf beslissingen via ingebouwde sensoren en computertjes.
David Blaauw’s team van de University of Michigan leverde hiervoor ’s werelds kleinste computer — een chip die processor, geheugen en sensor-controle herbergt op minder dan een millimeter ruimte.
Van elektrische banen tot zwemmen
In plaats van traditionele robotbewegingen werken deze microrobots met elektrische velden die ionen in het omringende medium verplaatsen. Die ionische beweging stimuleert het water om rond de robot te stromen, wat zwembewegingen mogelijk maakt zonder bewegende delen.
World's smallest programmable robot perform tasksThe world's smallest fully programmable, autonomous robots have debuted at the University of Pennsylvania, sporting a brain developed at the University of Michigan. |
Door dit innovatieve ontwerp zijn de robots verrassend duurzaam: ze kunnen met een micropipet van sample wisselen zonder te beschadigen en blijven maandenlang “zwemmen” zolang er licht is.
“Brein” en zintuigen in een miniatuurchip
Om zelfstandig te functioneren, moet een robot waarnemen, beslissingen nemen en energie hebben — alles binnen een fractie van een millimeter. Solarcellen leveren slechts 75 nanowatt energie — honderdduizenden keren minder dan een smartwatch — wat de onderzoekers dwong om extreem zuinige schakelingen te ontwerpen.
Ondanks deze beperkingen zijn de robots uitgerust met temperatuursensoren en programma’s die temperatuurgegevens kunnen omzetten in acties, zoals koersaanpassing of rapportage.
Naar toepassing in de echte wereld
Toekomstige versies van deze microrobots zouden uitgebreider kunnen programmeren, sneller kunnen bewegen of extra sensoren krijgen, waardoor ze mogelijk worden ingezet voor bijvoorbeeld:
- het monitoren van individuele cellen in het menselijk lichaam;
- microschaal-fabricage;
- het opsporen van ziekte-indicatoren of andere biomedische toepassingen.
Zoals hoofdonderzoeker Marc Miskin het samenvat: “We hebben autonome robots 10.000 keer kleiner gemaakt — dat opent een geheel nieuw domein voor programmeerbare robots.”
