Pensilvaniya Universitetinin professoru İan Şeffler tərəfindən

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləriKredit: Mark Miskin, Pensilvaniya Universiteti

Pensilvaniya Universiteti və Miçiqan Universitetinin tədqiqatçıları dünyanın ən kiçik, tam proqramlaşdırıla bilən, muxtar robotlarını yaratdılar: ətraf mühiti müstəqil şəkildə hiss edə və reaksiya verə bilən, aylarla işləyən və hər biri cəmi bir qəpiyə başa gələn mikroskopik üzgüçülük maşınları.

Çılpaq gözlə çətinliklə görünən hər bir robotun ölçüsü təxminən 200x300x50 mikrometrdir ki, bu da duz dənəsi qədər kiçikdir. Bir çox bioloji mikroorqanizmlərin miqyasında işləyən robotlar fərdi hüceyrələrin sağlamlığını izləməklə və mikromiqyaslı cihazların qurulmasına kömək etməklə istehsalı inkişaf etdirə bilər.

İşıqla işləyən robotlar mikroskopik kompüterlər daşıyır və mürəkkəb naxışlarla hərəkət etmək, yerli temperaturu hiss etmək və yollarını buna uyğun olaraq tənzimləmək üçün proqramlaşdırıla bilər.

“Science Robotics and Proceedings of the National Academy of Sciences” jurnalında təsvir edilən robotlar, kənardan heç bir bağlayıcı, maqnit sahələri və ya joystik kimi idarəetmə olmadan işləyir və bu da onları bu miqyasda ilk həqiqətən muxtar, proqramlaşdırıla bilən robotlar edir.

Penn Engineering-də Elektrik və Sistem Mühəndisliyi üzrə dosent və məqalənin baş müəllifi Mark Miskin deyir: “Biz muxtar robotları 10.000 dəfə kiçik etdik. Bu, proqramlaşdırıla bilən robotlar üçün tamamilə yeni bir miqyas açır.”Kredit: Michael Simari, Michigan Universiteti

Millimetrdən aşağı maneəni aşmaq

Onilliklərdir ki, elektronika getdikcə kiçilir, lakin robotlar bu tempə uyğunlaşmaqda çətinlik çəkirlər. Miskin deyir ki, “Bir millimetrdən aşağı ölçülərdə müstəqil şəkildə işləyən robotlar qurmaq inanılmaz dərəcədə çətindir. Sahə əsasən 40 ildir ki, bu problem üzərində ilişib qalıb.”

İnsan dünyasına hakim olan qüvvələr, məsələn, cazibə qüvvəsi və ətalət, həcmdən asılıdır. Lakin hüceyrə ölçüsünə qədər kiçilir və səth sahəsi ilə əlaqəli qüvvələr, məsələn, müqavimət və özlülük, bu qüvvələri ələ keçirir. Miskin deyir: “Əgər kifayət qədər kiçiksinizsə, suyu itələmək qətran vasitəsilə itələmək kimidir”.

Başqa sözlə, mikromiqyasda, əzalar kimi daha böyük robotları hərəkət etdirən strategiyalar nadir hallarda uğur qazanır. Miskin deyir ki, “Çox kiçik ayaqları və qolları sındırmaq asandır. Onları qurmaq da çox çətindir.”

Beləliklə, komanda mikroskopik aləmdə lokomotivliyin unikal fizikasına zidd deyil, onunla işləyən tamamilə yeni bir hərəkət sistemi hazırlamalı oldu.Müəllif: Lukas Hanson və Uilyam Reynhardt, Pensilvaniya Universiteti

Robotları üzməyə məcbur etmək

Balıqlar kimi böyük su canlıları suyu arxalarına itələyərək hərəkət edirlər. Nyutonun Üçüncü Qanunu sayəsində su balığa bərabər və əks qüvvə tətbiq edərək onu irəli itələyir.

Yeni robotlar isə əksinə, bədənlərini heç bükmürlər. Əksinə, ətrafdakı məhluldakı ionları itələyən elektrik sahəsi yaradırlar. Bu ionlar da öz növbəsində yaxınlıqdakı su molekullarını itələyərək robotun bədəninin ətrafındakı suyu canlandırır.

Miskin deyir: “Sanki robot hərəkət edən çaydadır, amma robot həm də çayın hərəkət etməsinə səbəb olur.”

Robotlar effektə səbəb olan elektrik sahəsini tənzimləyə bilir və bu da onlara mürəkkəb naxışlarla hərəkət etməyə və hətta saniyədə bir bədən uzunluğuna qədər sürətlə, balıq sürüsü kimi koordinasiyalı qruplar şəklində səyahət etməyə imkan verir.

Sahə yaradan elektrodların hərəkətli hissələri olmadığı üçün robotlar olduqca davamlıdır. Miskin deyir ki, “Bu robotları mikropipet vasitəsilə bir nümunədən digərinə dəfələrlə zədələmədən köçürə bilərsiniz”. LED-in parıltısı ilə enerji alan robotlar aylarla üzməyə davam edə bilərlər.Kredit: Maya Lassiter, Pensilvaniya Universiteti

Robotlara beyin vermək

Həqiqətən muxtar olmaq üçün robotun qərar qəbul etmək üçün kompüterə, ətraf mühiti hiss etmək və hərəkətverici qüvvəsini idarə etmək üçün elektronikaya, hər şeyi enerji ilə təmin etmək üçün kiçik günəş panellərinə və ölçüsü millimetrin bir hissəsi qədər olan bir çipə sığmalı olan bütün bunlara ehtiyacı var. Miçiqan Universitetindəki David Blaauw komandası burada hərəkətə keçdi.

Blaauw-un laboratoriyası dünyanın ən kiçik kompüteri rekorduna sahibdir. Miskin və Blaauw beş il əvvəl Müdafiə Qabaqcıl Tədqiqat Layihələri Agentliyinin (DARPA) təşkil etdiyi təqdimatda ilk dəfə görüşəndə ​​cütlük dərhal texnologiyalarının mükəmməl uyğunluq təşkil etdiyini anladılar.

Blaauw deyir: “Biz gördük ki, Penn Engineering şirkətinin mühərrik sistemi və kiçik elektron kompüterlərimiz sadəcə bir-biri üçün yaradılıb. Buna baxmayaraq, ilk işləyən robotlarını təqdim etmək üçün hər iki tərəfin beş il zəhməti lazım oldu.”Robot tam təchiz olunmuş bort kompüterinə malikdir və bu da ona təlimatları müstəqil şəkildə qəbul etməyə və yerinə yetirməyə imkan verir. Mənbə: Miskin Lab, Penn Engineering; Blaauw Lab, Miçiqan Universiteti

Blaauw deyir ki, “elektronika üçün əsas çətinlik günəş panellərinin kiçik olması və cəmi 75 nanovatt güc istehsal etməsidir. Bu, ağıllı saatın istehlak etdiyindən 100.000 dəfə az enerji deməkdir.”

Robotun kompüterini bu qədər az enerji ilə işlətmək üçün Miçiqan komandası son dərəcə aşağı gərginliklərdə işləyən və kompüterin enerji istehlakını 1000 dəfədən çox azaldan xüsusi dövrələr hazırladı.

Buna baxmayaraq, robotun yerinin böyük hissəsini günəş panelləri tutur. Buna görə də, ikinci çətinlik qalan kiçik məkanda proqramı saxlamaq üçün prosessoru və yaddaşı sıxışdırmaq idi.

Blaauw deyir ki, “Biz kompüter proqramı təlimatlarını tamamilə yenidən nəzərdən keçirməli olduq, ənənəvi olaraq hərəkətverici qüvvənin idarə olunması üçün bir çox təlimat tələb edən təlimatları robotun kiçik yaddaş sahəsinə sığacaq şəkildə proqramın uzunluğunu kiçiltmək üçün vahid, xüsusi bir təlimata yığışdırdıq.”

Hiss edən, xatırlayan və reaksiya verən robotlar

Bu yeniliklər, həqiqətən düşünə bilən ilk submillimetrlik robotun yaradılmasını mümkün etdi. Tədqiqatçıların bildiyinə görə, əvvəllər heç kim bu qədər kiçik bir robota əsl kompüter – prosessor, yaddaş və sensorlar yerləşdirməmişdi. Bu irəliləyiş bu cihazları özləri üçün hiss edə və hərəkət edə bilən ilk mikroskopik robotlara çevirir.Oyna

00:00

00:42SəssizParametrlərPIPTam ekrana daxil olun

Robotlarda temperaturu üçdə bir Selsi dərəcəsinə qədər aşkarlaya bilən elektron sensorlar var. Bu, robotlara temperaturun artan bölgələrə doğru hərəkət etməyə və ya hüceyrə fəaliyyətinin göstəricisi olan temperaturu bildirməyə imkan verir və bu da onlara fərdi hüceyrələrin sağlamlığını izləməyə imkan verir.

Blaauw deyir: “Temperatur ölçmələrini bildirmək üçün robotun ifa etdiyi kiçik bir rəqsin hərəkətlərində ölçülmüş temperatur kimi bir dəyəri kodlayan xüsusi bir kompüter təlimatı hazırladıq. Daha sonra bu rəqsə kamera ilə mikroskop vasitəsilə baxırıq və hərəkətlərdən robotların bizə dediklərini deşifrə edirik. Bu, bal arılarının bir-biri ilə necə ünsiyyət qurmasına çox bənzəyir.”

Robotlar onları da gücləndirən işıq impulsları ilə proqramlaşdırılır. Hər bir robotun unikal ünvanı var və bu ünvan tədqiqatçılara hər robota fərqli proqramlar yükləməyə imkan verir. Blaauw əlavə edir ki, “bu, bir çox imkanlar açır, çünki hər bir robot potensial olaraq daha böyük, birgə tapşırıqda fərqli rol oynayır”.

Yalnız başlanğıc

Robotların gələcək versiyaları daha mürəkkəb proqramları saxlaya, daha sürətli hərəkət edə, yeni sensorları inteqrasiya edə və ya daha çətin mühitlərdə işləyə bilər. Əslində, mövcud dizayn ümumi bir platformadır: onun hərəkət sistemi elektronika ilə problemsiz işləyir, dövrələri ucuz qiymətə istehsal edilə bilər və dizaynı yeni imkanlar əlavə etməyə imkan verir.

Miskin deyir: “Bu, əslində yalnız ilk fəsildir. Biz göstərdik ki, görmək üçün çox kiçik bir şeyə beyin, sensor və mühərrik yerləşdirə və onun aylarla yaşamasına və işləməsinə imkan verə bilərsiniz. Bu təmələ sahib olduqdan sonra hər cür zəka və funksionallıqdan istifadə edə bilərsiniz. Bu, mikromiqyasda robototexnika üçün tamamilə yeni bir gələcəyə qapı açır.”

Daha çox məlumat: Maya M. Lassiter və digərləri, Hiss edən, düşünən, hərəkət edən və hesablayan mikroskopik robotlar, Elm Robototexnika (2025). DOI: 10.1126/scirobotics.adu8009

Lucas C. Hanson və digərləri, Elektron inteqrasiya olunmuş mikroskopik robotlar üçün elektrokinetik hərəkətverici qüvvə, Milli Elmlər Akademiyasının materialları (2025). DOI: 10.1073/pnas.2500526122

Jurnal məlumatları: Milli Elmlər Akademiyasının materialları , Elm Robototexnika

Pensilvaniya Universiteti tərəfindən təmin edilir