Hampir tidak dapat dilihat dengan mata kasar, robot baharu yang berharga murah ini boleh berenang, mengesan suhu dan menjalankan program kecil yang dikuasakan oleh cahaya. Penyelidik mengatakan generasi pertama ini suatu hari nanti boleh membantu memantau sel individu dan membina peranti mikroskopik.
Hampir tidak lebih besar daripada sebutir debu dan lebih murah daripada satu sen, generasi baharu robot mikroskopik boleh berenang, mengesan persekitaran mereka dan menjalankan program komputer kecil — semuanya sendiri.
Penyelidik di Universiti Pennsylvania dan Universiti Michigan telah mendedahkan apa yang mereka katakan sebagai robot autonomi terkecil di dunia yang boleh diprogramkan sepenuhnya. Setiap mesin berukuran kira-kira 0.2 kali 0.3 kali 0.05 milimeter, beroperasi pada skala banyak mikroorganisma dan hanya boleh dilihat dengan mata kasar.
Walaupun saiznya besar, robot-robot ini boleh bergerak dalam corak yang kompleks, bergerak dalam kumpulan yang diselaraskan, mengesan perubahan suhu dan melaraskan laluan mereka sebagai tindak balas. Ia dikuasakan dan dikawal oleh cahaya, boleh beroperasi selama berbulan-bulan di dalam air dan berharga kira-kira satu sen setiap satu untuk dibuat, menurut pasukan.
Marc Miskin, seorang penolong profesor kejuruteraan elektrik dan sistem di Penn dan penulis kanan dalam dua kajian pendamping, berkata kerja itu mendorong robotik ke dalam rejim baharu.
“Kami telah menghasilkan robot autonomi 10,000 kali lebih kecil,” katanya dalam satu siaran berita. “Itu membuka skala baharu sepenuhnya untuk robot boleh atur cara.”
Robot-robot tersebut dihuraikan dalam dua kertas kerja, satu dalam Sains Robotik yang menumpukan pada pengkomputeran dan pengesanan bersepadu mereka, dan satu lagi dalam Prosiding National Academy of Sciences yang memperincikan bagaimana mereka bergerak.
Robot mikroskala telah lama menjadi matlamat saintis yang membayangkan mesin kecil yang boleh bergerak melalui badan, memantau sel individu atau memasang peranti mikroskopik. Tetapi mengecilkan robot tidak semudah mengecilkan cip komputer. Pada skala yang sangat kecil, daya seperti seretan dan kelikatan mendominasi, menjadikan gerakan sangat sukar. Selama beberapa dekad, cabaran itu telah memperlahankan kemajuan.
Kumpulan Miskin menangani masalah gerakan dengan memikirkan semula apa yang dimaksudkan dengan robot untuk "berenang" pada skala mikro. Daripada bergantung pada bahagian yang bergerak seperti kipas atau kaki, robot menggerakkan air di sekelilingnya.
Dalam air pada skala ini, seretan begitu kuat sehingga ia seperti cuba menolak melalui tar. Sistem pendorongan pasukan mengelak perkara ini dengan menggunakan medan elektrik. Robot menghasilkan medan yang menolak zarah bercas, atau ion, dalam cecair di sekelilingnya. Ion-ion tersebut kemudiannya menolak molekul air berdekatan, menghasilkan daya yang mencukupi untuk menggerakkan robot ke hadapan. Hasilnya ialah sistem pendorongan tanpa bahagian mekanikal yang bergerak, yang menjadikan robot tahan lama dan mampu berenang selama berbulan-bulan.
Pada masa yang sama, pasukan Michigan yang diketuai oleh profesor kejuruteraan elektrik dan komputer David Blaauw dan Dennis Sylvester telah menerokai batasan komputer kecil, membina sistem sub-milimeter yang mencatat rekod yang boleh mengesan dan mengira menggunakan jumlah kuasa yang sangat kecil.
"Kami melihat bahawa sistem pendorongan Penn Engineering dan komputer kecil kami dibuat untuk satu sama lain," kata Blaauw, penulis kanan kajian Science Robotics, dalam siaran berita itu.
Untuk memasang "otak" yang berfungsi pada setiap robot, kumpulan Blaauw terpaksa bekerja di bawah kekangan yang melampau. Komputer terbina dalam ini menggunakan kira-kira 75 nanowatt kuasa — kira-kira 100,000 kali kurang daripada jam tangan pintar. Untuk mendapatkan kuasa walaupun dalam jumlah yang kecil, panel solar meliputi sebahagian besar permukaan robot.
Kuasa dan memori yang terhad memaksa para penyelidik untuk mereka bentuk semula cara perisian robot berfungsi.
"Kami terpaksa memikirkan semula arahan program komputer sepenuhnya, memendekkan apa yang secara konvensional memerlukan banyak arahan untuk kawalan pendorongan menjadi satu arahan khas untuk membantu kami mengecilkan panjang program agar sesuai dengan memori kecil robot," tambah Blaauw.
Robot-robot ini diprogramkan dan dikuasakan oleh denyutan cahaya. Setiap satu mempunyai pengecam unik, jadi penyelidik boleh menyinarkan cahaya bercorak dan memberikan arahan yang berbeza kepada robot yang berbeza dalam titisan air yang sama. Pada prinsipnya, ini bermakna sekumpulan robot boleh membahagikan satu tugas, dengan setiap unit mengambil peranan tertentu.
Dalam kajian Science Robotics, pasukan tersebut melaporkan bahawa kumpulan robot pertama ini membawa sensor suhu yang dapat mengesan perubahan sekecil sepertiga darjah Celsius. Dalam ujian makmal, robot tersebut boleh bergerak ke arah kawasan yang lebih panas atau melaporkan suhu sebagai pengganti aktiviti selular.
Untuk menghantar kembali maklumat, robot mengubah cara mereka bergerak. Para penyelidik menyamakan ini dengan "tarian goyangan" yang digunakan oleh lebah madu untuk berkomunikasi. Dengan menggeliat dalam corak tertentu, robot boleh mengekod mesej ringkas tentang apa yang mereka rasa.
Memandang ke hadapan, pasukan ini membayangkan banyak kegunaan yang berpotensi. Dalam bidang perubatan, armada robot sedemikian mungkin suatu hari nanti akan memantau kesihatan sel individu, menjejaki bagaimana tisu bertindak balas terhadap ubat atau memberikan terapi dengan ketepatan yang sangat tinggi. Dalam pembuatan, mereka boleh membantu membina atau memeriksa peranti mikroskala yang terlalu kecil untuk dikendalikan oleh alat manusia.
Versi akan datang boleh menyimpan program yang lebih kompleks, bergerak lebih pantas, mengintegrasikan sensor tambahan atau beroperasi dalam persekitaran yang lebih mencabar melangkaui cecair makmal mudah. Robot semasa sudah menunjukkan bahawa adalah mungkin untuk menggabungkan penderiaan, pengkomputeran dan gerakan pada skala yang tidak dapat dicapai hanya beberapa tahun yang lalu.
“Ini sebenarnya baru bab pertama,” tambah Miskin. “Kami telah menunjukkan bahawa anda boleh meletakkan otak, sensor dan motor ke dalam sesuatu yang hampir terlalu kecil untuk dilihat, dan membiarkannya bertahan dan berfungsi selama berbulan-bulan. Sebaik sahaja anda mempunyai asas itu, anda boleh menerapkan semua jenis kecerdasan dan fungsi. Ia membuka pintu kepada masa depan yang baharu untuk robotik pada skala mikro.”
Projek ini telah menghimpunkan pakar dalam robotik, mikroelektronik dan bahan dari Penn dan Michigan, dengan sokongan daripada Yayasan Sains Kebangsaan dan beberapa agensi serta yayasan lain. Pelajar siswazah Maya Lassiter di Penn dan Jungho Lee di Michigan merupakan penulis bersama pertama dalam karya ini.
Buat masa ini, robot hanya berenang dalam persekitaran makmal yang disediakan dengan teliti. Tetapi apabila teknologi ini matang, para penyelidik mengatakan, ia boleh membentuk semula cara saintis dan jurutera berinteraksi dengan dunia mikroskopik — bukan sekadar memerhatikannya melalui mikroskop, tetapi menghantar mesin kecil untuk mengesan, berfikir dan bertindak sendiri.
sumber: Universiti Michigan