Smarte mikrorobotter går selvstændigt med elektroniske hjerner

Cornell University-forskere har installeret elektroniske "hjerner" på solcelledrevne robotter, der er 100 til 250 mikrometer store – mindre end en myres hoved – så de kan gå autonomt uden at blive styret udefra.

Mens Cornell-forskere og andre tidligere har udviklet mikroskopiske maskiner, der kan kravle, svømme, gå og folde sig selv sammen, var der altid "snore" knyttet; for at generere bevægelse blev der brugt ledninger til at levere elektrisk strøm, eller laserstråler skulle fokuseres direkte på bestemte steder på robotterne.

"Før var vi bogstaveligt talt nødt til at manipulere disse 'strenge' for at få nogen form for respons fra robotten," sagde Itai Cohen, professor i fysik. "Men nu hvor vi har disse hjerner ombord, er det som at tage strengene af marionetten. Det er ligesom når Pinocchio kommer til bevidsthed."

Innovationen sætter scenen for en ny generation af mikroskopiske enheder, der kan spore bakterier, opsnuse kemikalier, ødelægge forurenende stoffer, udføre mikrokirurgi og skrubbe pladen ud af arterierne.

Projektet samlede forskere fra Cohens laboratorier, Alyosha Molnar, lektor i elektro- og computerteknik; og Paul McEuen, professor i fysisk videnskab, alle co-senior forfattere på papiret. Hovedforfatteren er postdoc-forsker Michael Reynolds.

Holdets papir, "Microscopic Robots with Onboard Digital Control", udgivet 21. september i Science Robotics .

"Hjernen" i de nye robotter er et komplementært metal-oxid-halvleder (CMOS) urkredsløb, der indeholder tusinde transistorer plus en række dioder, modstande og kondensatorer. Det integrerede CMOS-kredsløb genererer et signal, der producerer en række faseforskydne firkantbølgefrekvenser, som igen sætter robottens gang. Robotbenene er platinbaserede aktuatorer. Både kredsløbet og benene er drevet af fotovoltaik.

"Til sidst vil evnen til at kommunikere en kommando give os mulighed for at give robotten instruktioner, og den indre hjerne vil finde ud af, hvordan de skal udføres," sagde Cohen. "Så har vi en samtale med robotten. Robotten fortæller os måske noget om dens omgivelser, og så reagerer vi måske ved at fortælle den:'OK, gå derover og prøv at finde ud af, hvad der sker.'"

De nye robotter er cirka 10.000 gange mindre end robotter i makroskala, der har indbygget CMOS-elektronik, og de kan gå med hastigheder hurtigere end 10 mikrometer i sekundet.

Fremstillingsprocessen, som Reynolds designede, og som grundlæggende tilpassede støberibygget elektronik, har resulteret i en platform, der kan gøre det muligt for andre forskere at udstyre mikroskopiske robotter med deres egne apps – fra kemiske detektorer til solcelle "øjne", der hjælper robotter med at navigere ved at registrere ændringer i lyset .

"Hvad dette lader dig forestille dig er virkelig komplekse, meget funktionelle mikroskopiske robotter, der har en høj grad af programmerbarhed, integreret med ikke kun aktuatorer, men også sensorer," sagde Reynolds. "Vi er begejstrede for anvendelserne i medicin - noget, der kunne bevæge sig rundt i væv og identificere gode celler og dræbe dårlige celler - og i miljøsanering, som hvis du havde en robot, der vidste, hvordan man nedbryder forurenende stoffer eller fornemmer et farligt kemikalie. og slippe af med det." + Udforsk yderligere

Mikroskopiske robotter 'går' takket være laserteknologi