فناوری بینظیر ربات میکروسکوپی
در حالی که الکترونیک طی سالها بهطور پیوسته کوچکتر شده، توسعه رباتها در این مسیر با تاخیر همراه بوده است. حرکت مستقل ربات در مقیاس میکروسکوپی به دلیل رفتار متفاوت آب در این ابعاد، همواره یکی از دشوارترین چالشها به حساب میآمد. مارک میسکین، استادیار مهندسی برق و سیستمها در دانشگاه پنسیلوانیا و نویسنده ارشد این پژوهش گفت: «ما رباتهای خودمختاری ساختهایم که ۱۰ هزار برابر کوچکتر از نمونههای پیشین هستند.» او تاکید کرد که این پیشرفت، مقیاسی تازه را برای رباتهای برنامهپذیر فراهم میکند.
حتما بخوانید: این حشره رباتیک متخصص مانورهای هوایی خطرناک و سرعت بالا است
بیشتر بخوانید: امید تازه برای درمان سکته مغزی و سرطان با میکرورباتها + ویدیو
در این ابعاد، کار در محیط آبی شبیه شنا نیست، بلکه حرکت درون شربتی غلیظ است. به همین دلیل، ربات میکروسکوپی بهجای پروانهها یا مفصلهای مکانیکی، از راهکاری ظریف و نوآورانه بهره میبرد و با بهحرکت درآوردن مایع پیرامون خود جابهجا میشود. این سامانه با ایجاد میدان الکتریکی، یونهای موجود در مایع را تحریک میکند؛ یونها به مولکولهای آب نیرو وارد میکنند و در نتیجه، نیروی رانشی لازم برای حرکت ربات میکروسکوپی ایجاد میشود. نبود قطعات متحرک در این سیستم، امکان شنا کردن مداوم برای ماهها و جابهجایی آسان با ابزارهای آزمایشگاهی مانند میکروپیپت را فراهم کرده است. علاوه بر این، رباتها میتوانند بهصورت هماهنگ و گروهی حرکت کنند؛ الگویی که یادآور حرکت دستهجمعی ماهیها در طبیعت است.
مغزی که با نور تغذیه میشود
توان پردازشی ربات میکروسکوپی از رایانههای فوقریز و بهشدت کممصرفی میآید که در دانشگاه میشیگان ساخته شدهاند. این پردازندهها تنها با ۷۵ نانووات انرژی کار میکنند؛ که تقریبا ۱۰۰ هزار برابر کمتر از یک ساعت هوشمند است. دیوید بلاو، نویسنده ارشد این مطالعه عنوان کرد: «سامانه رانش توسعهیافته در پن اینجینیرینگ و رایانههای میکروسکوپی ما بهطرز شگفتانگیزی مکمل یکدیگر هستند.» پژوهشگران برای تحقق چنین عملکردی، ناچار شدند معماری نرمافزار و شیوه اجرای دستورها را در مقیاس میکروسکوپی از نو تعریف کنند.
به گفته بلاو، فرایندهایی که در سامانههای متعارف به مجموعهای از دستورهای پیچیده برای کنترل حرکت نیاز دارند، در ربات میکروسکوپی به یک دستور ویژه و بسیار فشرده تقلیل یافتهاند. بیشتر سطح هر ربات میکروسکوپی با سلولهای خورشیدی پوشیده شده است؛ سلولهایی که هم انرژی نوری را جذب میکنند و هم بهعنوان گیرندههای نوری برای دریافت داده عمل مینمایند. پالسهای نور، هم نقش منبع تغذیه و هم ابزار برنامهریزی را ایفا میکنند و هر ربات با برخورداری از یک شناسه یکتا، قادر است فرمانهای اختصاصی دریافت کند. نسل کنونی این رباتها به حسگرهای دمایی مجهز است که توان تشخیص اختلاف دما تا حدود یکسوم درجه سانتیگراد را دارند.
آنها میتوانند به سمت نواحی گرمتر حرکت کنند یا با انجام حرکات نوسانی، تغییرات دمایی را گزارش دهند؛ رفتاری که از سوی پژوهشگران با «رقص وگل» زنبور عسل مقایسه شده است.
مارک میسکین در پایان تاکید کرد: «این تنها آغاز راه است. ما نشان دادهایم که میتوان مغز، حسگر و موتور را در سامانهای تقریبا نامرئی جای داد و آن را برای ماهها زنده و عملیاتی نگه داشت.»
به گزارش نشریه Science Robotics، نسخههای آینده میتوانند به حسگرهای بیشتر، برنامههای پیچیدهتر و توان فعالیت در محیطهای سختتر مجهز شوند؛ تحولاتی که میتواند آینده پزشکی و تولید در مقیاسریز را دگرگون کند.
