Älykkäät mikrorobotit kävelevät itsenäisesti

Cornellin yliopiston tutkijat asensivat aurinkoenergialla toimiviin mikrorobotteihinsa elektroniset "aivot", jotta pienet robotit voivat kävellä itsenäisesti ilman ulkoista ohjausta.

Tyypillisesti mikroskooppisia koneita on ohjattu ja ajettu sähköjohtojen ja/tai lasersäteiden avulla.

"Aiemmin meidän piti kirjaimellisesti manipuloida ohjauksia, jotta saisimme robotilta minkäänlaisen vasteen", sanoo professori Itai Cohen. "Mutta nyt, kun meillä on nämä aivot mukana, on kuin irrottaisit narut marionetista. Se on kuin tilanne, jossa Pinocchio tulee tajuihinsa.

Innovaatio luo pohjan uuden sukupolven mikroskooppisille laitteille, jotka voivat jäljittää bakteereja, haistaa kemikaaleja, tuhota epäpuhtauksia, suorittaa mikrokirurgiaa ja puhdistaa plakin valtimoista.

Uusien robottien "aivot" ovat CMOS-kellopiiri, joka sisältää tuhat transistoria sekä joukon passiivikomponentteja. Piiri tuottaa sarjan vaihesiirrettyjä neliöaaltotaajuuksia, jotka ohjaavaa robotin askellusta. Robotin jalat ovat platinapohjaisiatoimilaitteita.

Sekä piiri että jalat saavat käyttövirtansa valosähkökennosta joten kaikki piirit oli suunniteltava erittäin pienellä tehokäytöllä toimiviksi. Pienitehoisen elektroniikan mahdollisti Molnar-konsernin tutkimus ja sen valmisti kaupallinen valimo XFAB.

Valmiit piirit saapuivat 8 tuuman eristetyn piin levyillä. Tohtoritutkija Michael Reynolds kertoo, että 15 mikronia korkeat robotin aivot – olennaisesti myös robotin vartalo – olivat "vuori" verrattuna elektroniikkaan, joka normaalisti tuotetaan kiekolle.

Hän työskenteli Cornellin nanotieteilijöiden (CNF) kanssa kehittääkseen monimutkaisen prosessin, jossa on 13 kerrosta fotolitografiaa ja etsausta sekä kuviointia toimilaitejaloille ja lopuksi tapa vapauttaa kokonaisuus vesiliuokseen.

"Yksi tärkeimmistä robotin mahdollistavista osista on se, että käytämme mikromittakaavan toimilaitteita, joita voidaan ohjata pienillä jännitteillä ja virroilla", sanoi Cortese. Kyseessä on ensimmäinen kerta, kun jänniteohjatut sähkökemialliset toimilaitteet voidaan integroida CMOS-prosessiin ja näin saada kaikkia jalkoja ohjattua suoraan yhdellä piirillä."

Tiimi loi kolme erilaista robottia demoamaan CMOS-integraatiota: kaksijalkaisen uintitiliikkeitä tekevä Purcell-botti; monimutkaisempi kuusijalkainen muurahainen, joka kävelee kuin hyönteinen; ja nelijalkainen koirabotti, joka voi vaihdella kävelynopeutta ja vastaanottaa komentoja laserpulssin kautta.

"Lopuksi kyky kommunikoida komennolla antaa meille mahdollisuuden antaa robotille ohjeita ja sen ”aivot” selvittävät, kuinka ne suoritetaan", Cohen sanoo. "Siten keskustelemme robotin kanssa. Robotti saattaa kertoa meille jotain ympäristöstään jolloin voimme reagoida kertomalla sille: "OK, mene sinne ja yritä selvittää, mitä tapahtuu."

Uudet robotit ovat noin 10 000 kertaa pienempiä kuin makromittakaavaiset robotit, joissa on sisäänrakennettu CMOS-elektroniikka ja ne voivat kävellä yli 10 mikrometriä sekunnissa.

Aiheesta aiemmin:

Pieni robotti kävelee kuin rapu