В то время как исследователи из Корнелла и другие ранее разрабатывали микроскопические машины, которые могут ползать, плавать, ходить и складываться, к ним всегда были прикреплены "веревочки"; для создания движения использовались провода для подачи электрического тока или лазерные лучи должны были фокусироваться непосредственно на определенных местах роботов.

"Раньше нам буквально приходилось манипулировать этими "струнами", чтобы получить какой-либо ответ от робота", - сказал Итай Коэн, профессор физики. "Но теперь, когда у нас есть эти мозги на борту, это все равно что снять ниточки с марионетки. Это как когда Пиноккио приходит в сознание".

Инновация создает основу для нового поколения микроскопических устройств, которые могут отслеживать бактерии, вынюхивать химические вещества, уничтожать загрязняющие вещества, проводить микрохирургические операции и удалять бляшки из артерий.

В проекте приняли участие исследователи из лабораторий Коэна, Алеша Молнар, адъюнкт-профессор электротехники и вычислительной техники; и Пол Макьюэн, профессор физических наук, все соавторы статьи. Ведущим автором является постдокторант Майкл Рейнольдс.

Статья команды "Микроскопические роботы с встроенным цифровым управлением", опубликованная 21 сентября в Научная робототехника.

"Мозгом" новых роботов является дополнительная тактовая схема металл-оксид-полупроводник (CMOS), которая содержит тысячу транзисторов, а также множество диодов, резисторов и конденсаторов. Встроенная КМОП-схема генерирует сигнал, который генерирует серию прямоугольных частот со сдвигом по фазе, которые, в свою очередь, задают походку робота. Ножки робота представляют собой приводы на основе платины. Как схема, так и ножки питаются от фотоэлектрических элементов.

"В конечном счете, способность передавать команды позволит нам давать роботу инструкции, а внутренний мозг придумает, как их выполнять", - сказал Коэн. "Тогда у нас будет разговор с роботом. Робот может рассказать нам что-то о своем окружении, и тогда мы можем отреагировать, сказав ему: "Хорошо, иди туда и попробуй разобраться, что происходит"."

Новые роботы примерно в 10 000 раз меньше, чем макромасштабные роботы, оснащенные встроенной КМОП-электроникой, и они могут передвигаться со скоростью более 10 микрометров в секунду.

Разработанный Рейнольдсом процесс изготовления, в основном адаптирующий электронику литейного производства, привел к созданию платформы, которая может позволить другим исследователям оснащать микроскопических роботов их собственными приложениями - от химических детекторов до фотоэлектрических "глаз", которые помогают роботам ориентироваться, чувствуя изменения в освещении.

"То, что это позволяет вам представить, - это действительно сложные, высокофункциональные микроскопические роботы, которые обладают высокой степенью программируемости, интегрированные не только с исполнительными механизмами, но и с датчиками", - сказал Рейнольдс. "Мы в восторге от применения в медицине - чего-то, что могло бы перемещаться в тканях и идентифицировать хорошие клетки и убивать плохие клетки - и в восстановлении окружающей среды, например, если бы у вас был робот, который знал, как расщеплять загрязняющие вещества или чувствовать опасное химическое вещество и избавляться от него".

Видео: https://youtu.be/bCjnekohBAY