Учёные из Пенсильванского и Мичиганского университетов разработали самых маленьких в мире полностью программируемых автономных роботов. Микророботы, размером около 200 x 300 x 50 микрометров, способны независимо воспринимать окружающую среду и реагировать на неё.

Они приводятся в действие светом, оснащены микроскопическими компьютерами и могут быть запрограммированы на сложные траектории движения, а также на измерение температуры и корректировку своего пути в соответствии с ней.

В отличие от существующих аналогов, эти роботы не требуют каких-либо проводов, магнитных полей или внешнего управления, что делает их первыми по-настоящему автономными программируемыми роботами такого масштаба.

«Это открывает совершенно новый масштаб для программируемых роботов», – говорит Марк Мишкин, доцент кафедры электротехники и системотехники в Penn Engineering и ведущий автор статей. По словам Мишкина, создание роботов, способных независимо работать при размерах менее одного миллиметра, – невероятно сложная задача, над которой учёные бьются уже 40 лет.

Вместо того, чтобы использовать конечности, как крупные роботы, микророботы генерируют электрическое поле, которое воздействует на ионы в окружающем растворе. Эти ионы, в свою очередь, толкают молекулы воды, приводя в движение воду вокруг тела робота. Регулируя электрическое поле, роботы могут двигаться по сложным траекториям и даже перемещаться скоординированными группами, подобно косяку рыб, со скоростью до одной длины тела в секунду.

Благодаря отсутствию движущихся частей в электродах, генерирующих поле, роботы чрезвычайно прочны и могут работать месяцами от одной зарядки светодиодом. Для обеспечения автономности необходимы компьютер для принятия решений, электроника для восприятия окружающей среды и управления движением, а также крошечные солнечные панели для питания всего этого.

Команда из Мичиганского университета разработала схемы, работающие при чрезвычайно низком напряжении, что позволило снизить энергопотребление компьютера более чем в 1000 раз. Электронные датчики позволяют роботам измерять температуру с точностью до трети градуса Цельсия. Роботы могут сообщать свои измерения, кодируя значение температуры в движениях, которые считываются с помощью микроскопа и камеры. Каждый робот имеет уникальный адрес, что позволяет загружать на него различные программы, расширяя возможности совместной работы.