Два новых исследования, опубликованные в журналах Science Robotics и Proceedings of the National Academy of Sciences, подробно описывают последнее достижение в области медицинских микророботов: создание самых маленьких в мире программируемых и автономных роботов. Этот робот имеет длину приблизительно 0,3 миллиметра, что немного меньше отпечатка пальца и едва различим без увеличения.
Ранее исследователи разработали микророботов, способных доставлять лекарства и контролировать состояние здоровья человека, но столкнулись с трудностями. Одной из наиболее существенных проблем является дистанционное управление машиной размером меньше песчинки внутри человеческого тела, где поток жидкости создает сильное сопротивление.
Вместо того чтобы пытаться перемещать робота, в проекте Miskin был разработан способ перемещения машины в окружающей среде. Роботы генерируют сильное электрическое поле, которое оказывает воздействие на ионы в окружающей жидкости. Затем эти ионы толкают находящиеся рядом молекулы воды, которые продвигают робота вперед. Эта система движения не требует движущихся частей, что делает роботов очень прочными. Они могут плавать в жидкости в течение нескольких месяцев и даже транспортироваться внутри пипетки.
Роботы работают на крошечных микрокомпьютерах, разработанных Дэвидом Блау и Деннисом Сильвестером, инженерами из Мичиганского университета. Их процессоры потребляют всего 75 нановатт энергии, что примерно в сто миллионов раз меньше, чем потребляет светодиодная лампочка. Робот получает эту энергию с помощью установленных солнечных панелей.
«Нам пришлось полностью переосмыслить инструкции компьютерной программы, сжав то, что обычно требовало бы множества инструкций для управления движением, в одну специальную инструкцию, чтобы уменьшить длину программы и уместить её в крошечной памяти робота», — сказал Блау в пресс-релизе.
Световые импульсы программируют робота, поэтому группа машин может реагировать на разные команды.
В опубликованных работах команда Miskin протестировала способность робота сообщать о температуре с помощью бортовых датчиков. Машины были запрограммированы на движение к областям с более высокой температурой, а затем сообщали точное значение с помощью микроперемещений, обнаруживаемых наблюдающими исследователями. Эти движения затем можно было расшифровать для считывания температуры.
Блау сказал, что эта техника была вдохновлена «танцем виляния», который медоносные пчелы используют, чтобы указывать другим пчелам на находящиеся поблизости источники пищи. Роботы также могут сообщать температуру как индикатор клеточной активности, а это значит, что их можно использовать для мониторинга состояния клеток.
«Это всего лишь первая глава», — сказал Мискин. Команда надеется, что в будущем роботы смогут хранить более сложные программы, лучше чувствовать окружающую среду и работать в более сложных условиях.
«Мы показали, что можно поместить мозг, датчик и двигатель в нечто, почти невидимое, и чтобы оно выживало и работало в течение нескольких месяцев. Как только у вас есть эта основа, вы можете добавлять всевозможные интеллектуальные функции. Это открывает двери в совершенно новое будущее для микромасштабной робототехники», — заключил Miskin.
Это уже не будущее, которое происходит в фильме Матрица (1999 года), а настоящее. И самое интересное, что это полностью программируемый дрон.