عکس| کوچک‌ترین ربات‌ جهان ساخته شد

دانشمندان موفق شده‌اند کوچک‌ترین ربات‌های خودران جهان را بسازند که می‌توانند مستقل حرکت کنند و روزی برای درمان بیماری‌ها یا پایش سلامت سلول‌ها به کار روند.

دانشمندان دانشگاه پنسیلوانیا (Penn) و دانشگاه میشیگان موفق به ساخت کوچک‌ترین ربات‌های خودران و قابل‌برنامه‌ریزی جهان شده‌اند. هر یک از این ربات‌ها تنها حدود ۲۰۰ میکرومتر عرض دارند و تقریبا دو برابر ضخامت یک تار موی انسان هستند.

این ماشین‌های بسیار ریز می‌توانند محیط اطراف خود را حس کنند، «تصمیم بگیرند» و بدون دریافت دستور خارجی به‌طور مستقل عمل کنند. به گفته سازندگانشان، چنین فناوری‌ای می‌تواند روزی برای پایش سلامت سلول‌های منفرد در بدن یا رساندن دارو به نقاط مشخص برای درمان بیماری‌ها به کار رود.

به نقل از نیواطلس، دستاورد اصلی پژوهشگران این بود که رباتی به طول تنها یک‌پنجم میلی‌متر را قادر ساختند بدون کمک خارجی حرکت کند. این چالشی است که دانشمندان دهه‌ها در تلاش برای حل آن بوده‌اند. در مقیاس میکروسکوپی، نیروهای فیزیکی مانند کشش و گران‌روی تأثیر بسیار قوی‌تری دارند؛ به‌طوری که حرکت در مایع در این ابعاد، برای انسان معادل شنا کردن در قیر است.

برای غلبه بر این مشکل، تیم پنسیلوانیا یک سامانه پیشرانش جدید طراحی کرد. این میکروربات‌ها با نور ال‌ای‌دی تغذیه می‌شوند و در محلولی از  پراکسید هیدروژن فعالیت می‌کنند که سوخت حرکت آن‌ها را فراهم می‌کند.

ربات با ایجاد یک میدان الکتریکی، یون‌های موجود در محلول اطراف را به حرکت درمی‌آورد و این یون‌ها نیز مولکول‌های آب را با خود می‌کشند. میکروربات‌ها می‌توانند این میدان الکتریکی را تنظیم کنند تا در الگوهای پیچیده حرکت کنند و حتی به‌صورت گروهی و هماهنگ با سرعتی تا  یک طول بدن در ثانیه پیش بروند.

کوچک‌ترین ربات خودران جهان به  کوچک‌ترین رایانه جهان هم نیاز دارد. عنوانی که به رایانه‌ای تعلق دارد که توسط تیم دیوید بلااودر دانشگاه میشیگان توسعه داده شده است. پژوهشگران این ریزرایانه را با سامانه پیشرانش پن تطبیق دادند و یک رایانه کامل شامل پردازنده، حافظه و حسگرها را روی تراشه‌ای با اندازه‌ای کمتر از یک میلی‌متر ساختند.

این ربات نور را از طریق صفحه‌های خورشیدی میکروسکوپی دریافت می‌کند که تنها ۷۵ نانووات توان تولید می‌کنند که بیش از ۱۰۰ هزار برابر کمتر از یک ساعت هوشمند است. به گفتهٔ بلااو، گروه او مجبور شد مدارهای ریزرایانه را با ولتاژهای بسیار پایین به کار بیندازد و مصرف انرژی را بیش از هزار برابر کاهش دهد.

شاید شگفت‌انگیزترین ویژگی، هزینه کلی سامانه باشد. هرچند هزینه تولید هر ربات در مقیاس انبوه حدود یک سنت است، ممکن است تصور شود تجهیزات لازم برای برنامه‌ریزی و کنترل آن‌ها بسیار گران باشد اما چنین نیست.

مارک میسکین، استاد مهندسی پن و نویسنده اصلی این پژوهش، در ایمیلی گفت: حدود ۱۰۰ دلار هزینه ساخت آن است. این گروه حتی نسخه‌ای کم‌هزینه از سامانه خود ساخته که از دیودهای LED معمولی و یک سامانهٔ تصویربرداری شامل دوربین گوشی هوشمند با لنز ماکرو استفاده می‌کند، رونمایی کردند. میسکین توضیح داد: این سامانه تقریبا به خوبی میکروسکوپ‌های پیشرفته ۱۰۰ هزار دلاری ما عمل می‌کند.

این میکروربات‌ها به حسگرهای الکترونیکی مجهز هستند که می‌توانند دما را با دقتی در حد  یک‌سوم درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری کنند؛ قابلیتی که امکان پایش سلامت سلول‌های منفرد را فراهم می‌کند. با این حال، پیش از کاربرد این فناوری در پزشکی، چالش‌هایی جدی باقی مانده است.

همان‌طور که سلول‌های بدن ما برای زنده ماندن به انرژی مداوم نیاز دارند، این میکروربات‌ها نیز بدون نور پیوسته قادر به کار نیستند. میسکین می‌گوید: اگر نور را خاموش کنید، ربات هم خاموش می‌شود و حافظه‌اش پاک می‌شود.

با روشن شدن دوباره نور، ربات راه‌اندازی مجدد می‌شود، اما به یاد نمی‌آورد که چه برنامه‌ای روی آن اجرا شده بود. او توضیح می‌دهد که این ویژگی در سامانه‌های زیر میلی‌متری رایج است، زیرا میزان انرژی قابل ذخیره مثلا در یک باتری با حجم افزایش می‌یابد و در چنین فضای کوچکی ذخیره انرژی مفید بسیار دشوار است.

چالش دیگر این است که در نسخه فعلی، ربات‌ها در محلولی از پراکسید هیدروژن با غلظت ۵ میلی‌مولار کار می‌کنند که برای سلول‌های زنده سمی است؛ بنابراین در شکل کنونی برای کاربردهای پزشکی مناسب نیستند. پژوهشگران این محدودیت را می‌پذیرند، اما آن را حل‌نشدنی نمی‌دانند.

منبع: ایسنا