Как самые маленькие автономные роботы в мире будут спасать жизни

Ученые из Пенсильванского университета и Университета Мичигана создали самых маленьких автономных и программируемых роботов в мире. Каждый размером около 200 микрометров в ширину — примерно вдвое толще человеческого волоса — эти машины могут воспринимать окружающую среду, «думать» и действовать независимо без внешних инструкций. По словам разработчиков, такая технология однажды сможет мониторить здоровье отдельных клеток в наших телах или доставлять лекарства в конкретные места для лечения заболеваний.

Как работает самый маленький робот в мире

Главный прорыв исследователей заключался в том, что они позволили роботу длиной всего одну пятую миллиметра двигаться автономно без внешней помощи. Эту задачу ученые пытались решить десятилетиями. Физические силы, такие как сопротивление и вязкость, оказывают гораздо более сильное влияние на объекты в микроскопическом масштабе, делая движение через жидкость сопоставимым с плаванием через смолу в человеческом масштабе.

Не забывайте о нашем Дзен, где очень много всего интересного и познавательного!

Чтобы преодолеть этот вызов, команда из Пенсильвании разработала новую систему движения. Микророботы работают от светодиодного света и функционируют в растворе перекиси водорода, который обеспечивает топливо для их перемещения. Робот генерирует электрическое поле, которое приводит в движение ионы в окружающем растворе, которые, в свою очередь, увлекают за собой молекулы воды. Микророботы могут регулировать это электрическое поле для движения в сложных условиях и даже путешествовать координированными группами со скоростью до одной длины их корпуса в секунду.

Самому маленькому автономному роботу в мире требуется и самый маленький компьютер в мире. Это звание принадлежит компьютеру, разработанному командой Дэвида Блау в Мичигане. Исследователи адаптировали свой микрокомпьютер к системе движения робота и создали полноценный компьютер с процессором, памятью и сенсорами на чипе размером менее миллиметра.

Робот получает свет через микроскопические панели, которые генерируют всего 75 нановатт мощности — более чем в 100 000 раз меньше, чем умные часы, по словам Блау. Его команде пришлось заставить схемы микрокомпьютера работать при чрезвычайно низких напряжениях, снизив энергопотребление более чем в 1000 раз.

Если ищете что-то интересное на AliExpress, не проходите мимо Telegram-канала "Сундук Али-Бабы"!

Сколько стоит наноробот

У нового робота есть и еще одна, самая интересная особенность, — общая стоимость системы. Хотя каждый робот стоит около одного цента при масштабном производстве, можно предположить, что оборудование, необходимое для их программирования и управления, будет запредельно дорогим.

Создатели оценивают стоимость оборудования примерно в 100 долларов США (около 8000 рублей по курсу). Команда уже создала бюджетную версию своей установки, используя стандартные светодиоды, микрокомпьютер Raspberry Pi и систему визуализации, состоящую из камеры смартфона с макрообъективом. Эта система работает примерно так же хорошо, как навороченный микроскоп за 100 000 долларов.

Присоединяйтесь к нам в Telegram!

Почему нанороботы не применяются в медицине

Микророботы оснащены электронными сенсорами, способными определять температуру с точностью до трети градуса Цельсия, позволяя им мониторить здоровье отдельных клеток. Однако все еще есть несколько препятствий перед применением этой технологии в лечении людей.

Так же как клетки в наших телах, которым требуется постоянное энергоснабжение для выживания, микророботы не могут функционировать без непрерывного света. Если выключить свет, робот выключается, и его энергозависимая память очищается. Если на него снова попадет свет, но включиться, но перезагрузится и не будет помнить, что его запрограммировали делать.

Это общая особенность субмиллиметровых систем, потому что в них просто нет места для полноценной батареи, которая позволит роботу полноценно работать хотя бы несколько минут.

Есть еще одна проблема заключается в том, что в текущей версии роботы работают в 5-миллимолярном растворе перекиси водорода, который токсичен для живых клеток. Это делает их непригодными для медицинских применений в настоящей форме. Исследователи признают это ограничение, но оно не является непреодолимым. Поскольку робота можно перепрограммировать для работа в другой среде и для этого нужно только согласовать рабочее напряжение и требуемый ток.

Такие роботы действительно могут изменить многое в здравоохранении, но пока рано говорить об их полноценном использовании. Сначала нужно решить проблемы с питанием и перемещением. Но сам факт размещения стольких компонентов в миниатюрном корпусе уже впечатляет и дает надежды на светлое будущее робо-медицины.