Исследователи из Университета Пенсильвании и Университета Мичигана разработали самые маленькие полностью программируемые автономные роботы, которые умеют плавать. Эти роботы, размером около 200 на 300 на 50 микрометров, меньше зерна соли и приближаются по размеру к одноклеточным организмам. Они впервые демонстрируют возможность движения без движущихся частей, что открывает новые перспективы для медицинских и технологических приложений.
Детали разработки и принцип работы роботов
Роботы не оснащены ногами или пропеллерами. Вместо этого они используют электрокинетические силы: каждый генерирует небольшой электрический заряд, который притягивает заряженные ионы в окружающей жидкости. Ионы перетягивают воду, создавая поток вокруг робота и обеспечивая его движение. Для питания эти устройства используют миниатюрные солнечные элементы, вырабатывающие всего 75 нановатт энергии — в 100 000 раз меньше, чем у смартчасов.
Инженеры переработали схемы работы устройств, создав ультранизковольтные цепи и собственный набор инструкций, позволяющих выполнять сложные задачи при минимальном объеме памяти — всего несколько сотен бит. Роботы способны воспринимать окружающую среду, хранить данные и самостоятельно принимать решения о движении, что делает их универсальными для различных задач.
Для передачи информации роботы используют микроскопические «подмигивания», имитирующие природные сигналы, как у пчел. Взаимодействие осуществляется через световые сигналы, которые читаются роботами как инструкции. Встроенный код-пароль защищает их от случайного вмешательства посторонних источников света.
Основные свойства и возможные применения
В ходе испытаний роботы демонстрируют термотаксис — способность ощущать тепло и самостоятельно перемещаться к более теплым зонам. Это позволяет предположить использование таких устройств для мониторинга воспалений, обнаружения биомаркеров или точного доставки лекарств. В настоящее время роботы работают на солнечных батареях, а для более глубоких условий исследователи рассматривают ультразвук как источник энергии.
Производство таких роботов возможно в больших масштабах: на одном чипе размещается свыше 100 устройств, а уровень выхода продукции уже превышает 50%. При массовом производстве стоимость одного робота может снизиться до менее одного цента, что делает их использование для разового применения реальностью.
Потенциал и перспективы развития
Эта технология ориентирована не на создание «фишек», а на масштабирование и практическое применение: микророботы могут в будущем отслеживать здоровье на клеточном уровне, участвовать в создании новых материалов или исследовать деликатные среды, недоступные для более крупных машин. Несмотря на то, что медицинское применение еще требует времени, данный прорыв показывает, что автономные микророботы уже возможны на практике.
Это открывает новые горизонты в области медицины, материаловедения и экологических исследований. В ближайшие годы развитие этой технологии может кардинально изменить подходы к диагностике и лечению заболеваний, а также к производству и исследованию микросреды.
Дарья Тимошенко
Автор. Технологический обозреватель. Пишет о цифровых трендах, инновациях и гаджетах. Разбирает сложное просто, следит за будущим уже сегодня. Все посты