ربات‌های خودکار و کاملاً قابل برنامه‌ریزی که “کوچکتر از یک دانه نمک” هستند، در یک تلاش مشترک بین تیم‌های تحقیقاتی دانشگاه پنسیلوانیا و دانشگاه میشیگان توسعه یافته‌اند. این ربات‌های نانومقیاس که ادعا می‌شود کوچکترین در نوع خود در جهان هستند، انتظار می‌رود کاربردهایی در پزشکی، تولید در مقیاس میکرو و سایر زمینه‌ها پیدا کنند.

مهندسی پن مسئول ساختار فیزیکی و ویژگی‌های این ربات‌های میکروسکوپی بود، در حالی که دانشمندان میشیگان “مغز” را به این ربات‌ها دادند. آزمایشگاه میشیگان که در این همکاری مشارکت داشت، رکورد ساخت کوچکترین کامپیوتر جهان را نیز در اختیار دارد.

ربات‌های به سختی قابل مشاهده با استفاده از نیروی محرکه یونی حرکت می‌کنند

ابتدا به کار مهندسی پن نگاه کنیم. دانشمندان آنجا جنبه‌های فیزیکی ربات‌های کوچک را طراحی کردند که هر کدام حدود 200 در 300 در 50 میکرومتر اندازه دارند. این مشابه مقیاس بسیاری از میکروارگانیسم‌ها است و به همین دلیل، آنها با چالش‌های فیزیکی متفاوتی نسبت به ربات‌هایی که ما بیشتر با آنها آشنا هستیم، روبرو هستند.

با چالش‌های کشش و ویسکوزیته‌ای که چنین ربات‌های کوچکی با آن روبرو خواهند شد، تصمیم گرفته شد که آنها را “شناگر” بسازند. با این حال، برای کوچک نگه داشتن آنها، دانشمندان یک سیستم پیشرانه کاملاً جدید طراحی کردند تا برای حرکت نیازی به قطعات متحرک (مانند اندام) نباشد.

جالب اینجاست که این ربات‌ها یک میدان الکتریکی تولید می‌کنند که “یون‌ها را در محلول اطراف هل می‌دهد” و به آنها اجازه می‌دهد “شنا کنند.” تنظیم این میدان یونی می‌تواند به ربات‌ها کمک کند تا در الگوهای پیچیده و/یا هماهنگ حرکت کنند. نداشتن قطعات متحرک همچنین آنها را بسیار بادوام می‌کند؛ به عنوان مثال، می‌توان آنها را با یک میکروپیپت بدون آسیب دیدن برداشت.

یکی دیگر از چالش‌های اندازه کوچک آنها، منبع تغذیه بود. طراحی پذیرفته شده از انرژی خورشیدی استفاده می‌کند، به طوری که سلول‌های خورشیدی بخش عمده جرم بدنه ربات را تشکیل می‌دهند. حتی با وجود حداکثر استفاده از انرژی خورشیدی، تنها 75 نانوات برق تولید می‌کند که بر اهمیت کارایی تأکید دارد.

ارتباط با نور و رقص واگل

برای اینکه ربات‌های خودکار و کاملاً قابل برنامه‌ریزی باشند، این ماشین‌های کوچک به پردازشگر داخلی نیاز دارند و اینجاست که تخصص دانشگاه میشیگان به کار گرفته شد.

طبق وبلاگ منبع، اجزای فیزیکی ربات هوشمندی خود را از یک پردازنده بسیار کارآمد، حافظه و حسگرها دریافت می‌کنند. برای برنامه‌ریزی ربات‌ها، از پالس‌های نور استفاده می‌شود – بنابراین پنل‌های خورشیدی دو وظیفه را انجام می‌دهند. در همین حال، برای بازیابی داده‌ها از ربات‌ها و حسگرهای آنها، آنها برنامه‌ریزی شده‌اند تا با استفاده از سیستم‌های پیشرانه خود، یک رقص واگل شبیه به زنبور عسل انجام دهند.

این ربات‌ها می‌توانند به صدها عدد مستقر شوند تا وظایف خود را انجام دهند. عمر عملیاتی خودکار آنها به لطف انرژی خورشیدی و سطح کارایی آنها، در ماه‌ها اندازه‌گیری می‌شود. اولین نمونه آزمایشی یک حسگر دما را حمل می‌کرد که برای انواع کارهای تحلیلی خوب است. با این حال، تغییر حسگر چالش‌برانگیز نخواهد بود.

با وجود تمام این فناوری پیشرفته، محققان می‌گویند که این ربات‌های خودکار و کاملاً قابل برنامه‌ریزی “می‌توانند به صورت انبوه و ارزان تولید شوند” و هزینه تولید هر کدام تنها یک پنی است. محققان قول می‌دهند آنچه اکنون می‌بینیم “فقط فصل اول” میکرو ربات‌ها است.