Amerykańska grupa badawcza z powodzeniem opracowała najmniejszy z kiedykolwiek stworzonych autonomicznych robotów. Jest on mniejszy od ziarenka soli i może pływać pod wodą przez kilka miesięcy, zasilany wyłącznie światłem.
Spis treści
Pomimo tego, że w ostatnich dziesięcioleciach komponenty elektroniczne stały się znacznie mniejsze, autonomiczne roboty nie były dotychczas w stanie przekroczyć granicy 1 mm. Wynika to z faktu, że małe ręce i nogi są delikatne i trudne do wykonania. Ponadto w mikroskopijnym świecie zmieniają się prawa fizyki: zamiast grawitacji i bezwładności dominują opór i lepkość.
W tym kontekście amerykańscy naukowcy opublikowali wyniki swoich badań, które pomogły rozwiązać problem istniejący od 40 lat. Nowy robot, opracowany przez zespół z Uniwersytetu Pensylwanii i Uniwersytetu Michigan, ma wymiary zaledwie 200 × 300 × 50 mikrometrów, co czyni go mniejszym od ziarenka soli. Mimo to jest w stanie postrzegać otoczenie, podejmować samodzielne decyzje, pływać i poruszać się pod wodą.
Robot jest mniejszy od ziarenka soli. Jest w stanie postrzegać otoczenie, podejmować samodzielne decyzje i pływać pod wodą.
Ponadto nie jest zależny od żadnych zewnętrznych środków sterowania, takich jak kable lub pola magnetyczne, i jest całkowicie autonomiczny. Jego koszt produkcji szacuje się na zaledwie jeden cent za sztukę.
„Udało nam się zmniejszyć rozmiar autonomicznego robota do 1/10 000 rozmiaru zwykłego robota. Otwiera to nowe możliwości dla robotów programowalnych” — wyjaśnia Mark Miskin, profesor nadzwyczajny i ekspert w dziedzinie elektrotechniki z Uniwersytetu Pensylwanii.
Raport European Tech Insights 2025 ujawnia paradoks kontynentalny: obywatele domagają się suwerenności cyfrowej i zwiększenia wydatków na obronność, ale zdecydowana większość odrzuca wpływ sztucznej inteligencji na ich miejsca pracy, edukację ich dzieci lub gospodarkę.
Ruch wytwarzany przez pola elektryczne.
System ruchu opracowany przez Miskiego i jego zespół stanowi wyzwanie dla tradycyjnej teorii robotyki. Ryby i inne zwierzęta poruszają się do przodu, odpychając wodę do tyłu, zgodnie z trzecią zasadą ruchu Newtona. Jednak odpychanie wody w skali mikroskopowej przypomina odpychanie gęstej żywicy: lepkość jest zbyt wysoka, aby maleńkie ręce i nogi mogły ją pokonać.
Dlatego naukowcy zastosowali zupełnie nowe podejście. Zamiast poruszać częściami ciała w celu pływania, robot ten porusza się, tworząc wokół siebie pole elektryczne, które popycha naładowane cząsteczki w cieczy. Te poruszające się cząsteczki przyciągają do siebie znajdujące się w pobliżu cząsteczki wody, tworząc strumień wokół robota. Przypomina to ruch oceanu lub rzeki, ale bez bezpośredniego ruchu robota.
Dzięki diodom LED robot może pokonać odległość równą długości swojego ciała w mniej niż sekundę. Kierunek ruchu można zmieniać, regulując pole elektryczne, co pozwala mu podążać skomplikowanymi trajektoriami lub poruszać się w grupach, podobnie jak ławica ryb.
Główną zaletą tej metody poruszania się jest jej wyjątkowa trwałość, ponieważ nie ma ona ruchomych części. Według Miskina, po wielokrotnych ruchach mikropipet nie zaobserwowano żadnych uszkodzeń. Wręcz przeciwnie, naukowcy twierdzą, że może on pływać bez przerwy przez kilka miesięcy.
Najmniejszy na świecie
Aby osiągnąć prawdziwą autonomię, nie wystarczy po prostu się poruszać. Autonomiczne roboty muszą rozpoznawać otoczenie, podejmować decyzje i zdobywać pożywienie. Wszystko to musi zmieścić się na chipie o rozmiarze mniejszym niż 1 mm. Grupa badawcza Davida Blau z Uniwersytetu Michigan postawiła sobie za zadanie rozwiązanie tego problemu.
Blau i jego zespół ustanowili rekord, tworząc najmniejszy robot na świecie. Kiedy poznali Miskiego podczas prezentacji DARPA (Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony), przekonali się, że ich technologie idealnie się uzupełniają. Realizacja tego pomysłu zajęła pięć lat.
Według ich wspomnień największą przeszkodą była energia. Panele słoneczne zainstalowane na robocie wytwarzają zaledwie 75 nanowatów. To mniej niż jedna setna energii zużywanej przez inteligentny zegarek. Aby rozwiązać ten problem, zespół badawczy opracował nowy specjalny schemat działający przy bardzo niskim napięciu.
Kolejnym poważnym problemem była ograniczona przestrzeń. Panele słoneczne zajmowały większość powierzchni, pozostawiając niewiele miejsca na infrastrukturę komputerową. Dlatego naukowcy radykalnie przerobili program, który wymagał wielu instrukcji, i skompresowali go do jednej konkretnej instrukcji, która zmieściła się w ograniczonej pamięci robota.
Roboty mogłyby być produkowane partiami po kilkaset sztuk na raz. Następnie działałyby niezależnie zgodnie z programem.
Jak przekazywane są informacje?
Robot jest wyposażony w czujniki elektroniczne, które są w stanie wykryć nawet najmniejsze zmiany temperatury. Jednak robot jest mikroskopijnie mały, więc potrzebny był mechanizm do przekazywania odczytów. Programując czujniki do kodowania odczytów w „tańczące wibracje”, naukowcy stworzyli oryginalną formę komunikacji, wykorzystując mikroskop i kamerę do śledzenia ruchów robota i odszyfrowywania informacji. „Jest to bardzo podobne do tego, jak pszczoły komunikują się między sobą” — wyjaśnia Blau.
Ponadto każdy robot ma unikalny identyfikator i jest przeznaczony do przekazywania różnych instrukcji do różnych bloków. Oznacza to, że kilka robotów może wykonywać różne zadania, współpracując ze sobą w celu wykonania dużych ilości pracy.
Według danych grupy badawczej jest to pierwszy przypadek, w którym pełnowymiarowy komputer, zawierający procesor, pamięć i czujniki, został zainstalowany na robocie o rozmiarze mniejszym niż 1 mm. Te mikroroboty działają w skali mikroorganizmów, co może być przydatne na przykład do monitorowania poszczególnych komórek przez lekarzy lub do montażu małych urządzeń przez inżynierów.
Naukowcy wykazali, że mogą instalować komputery i czujniki na obiekcie tak małym, że jest praktycznie niewidoczny, i utrzymywać jego działanie przez kilka miesięcy. Miskin jest przekonany, że to dopiero początek, osiągnięcie otwierające nowe możliwości dla mikrorobotyki.
