Микророботы: шаг к автономии и новым возможностям

Представьте себе роботов, настолько маленьких, что они могут перемещаться по кровеносной системе человека, устраняя повреждения. Эта футуристическая картина становится ближе к реальности благодаря достижениям исследователей из Пенсильванского университета и Мичиганского университета. Они создали роботов размером менее миллиметра, оснащенных собственным компьютером и сенсорами.

Разработка микророботов велась десятилетиями, и их потенциал простирается далеко за пределы медицины: от мониторинга окружающей среды до применения в производстве. Однако до сих пор существовали серьезные препятствия. Современные микроботы зачастую требовали громоздких внешних систем управления, таких как мощные магниты или лазеры, и не могли принимать самостоятельные решения в незнакомой обстановке.

Ключевым прорывом стало перемещение вычислительных мощностей непосредственно на корпус робота. Это стало возможным благодаря использованию тех же технологий производства полупроводников, что и при создании компьютерных чипов. Этот процесс, известный как КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник), позволяет «печатать» все необходимые компоненты на теле робота, создавая сотни таких устройств одновременно на одной плате.

Каждый робот имеет размеры от 210 до 270 микрометров. Все его системы интегрированы: бортовые фотовольтаические элементы, преобразующие свет от внешних светодиодов в энергию, процессор, температурные сенсоры и актуаторы для движения.

Чтобы продемонстрировать способность микророботов воспринимать, обрабатывать информацию и действовать самостоятельно, их поместили в жидкость с температурным градиентом. При постоянном освещении, питающем фотовольтаические элементы, роботы успешно ориентировались и двигались, реагируя на изменение температуры.

В ходе эксперимента роботы были запрограммированы на основе показаний датчика температуры. При понижении температуры они совершали дугообразное движение для поиска более теплой области, а при повышении – оставались на месте. В 56 испытаниях роботы демонстрировали автономное переключение режимов движения.

Это достижение открывает широкие перспективы. Цифровое программирование и бортовые вычисления позволяют одному универсальному микророботу выполнять разнообразные задачи, которые могут быть изменены после производства. Более того, разработчики подчеркивают, что интеграция вычислений непосредственно в микроробота значительно снижает стоимость и сложность эксплуатации, открывая путь к массовому применению.

Тем не менее, до внедрения этих роботов в медицинскую практику предстоит проделать еще немало работы. Одной из ближайших задач является разработка полностью автономной беспроводной системы передвижения, не требующей внешних источников света для движения.