Микророботы размером меньше головы муравья могут передвигаться автономно

Новое достижение в области микро- и наноэлектроники - ученые из Корнельского университета разработали микроботов размером меньше головы муравья, способных передвигаться автономно. Робот на солнечных батареях, невидимый невооруженным глазом, имеет на борту крошечный микропроцессорный "мозг", который позволяет ему перемещаться без внешнего управления.

Создание автономного робота - задача не из легких. До сих пор ученые разрабатывали микроскопических роботов, которым для обеспечения подвижности требовались специальные электрические провода или внешние источники энергии, например, сфокусированные лазерные лучи. В настоящее время в журнале Science Robotics представлен новый тип микрочипа, который позволяет управлять роботами без проводов, размером всего лишь чуть больше ширины человеческого волоса.

"Раньше нам приходилось буквально манипулировать этими "ниточками", чтобы получить хоть какой-то ответ от робота. Но теперь, когда у нас есть эти мозги на борту, это все равно, что снять ниточки с марионетки. Это как если бы Пиноккио обрел сознание", - сказал Итай Коэн, профессор физики в Колледже искусств и наук.

Новый электронный микроробот, работающий от своего электронного мозга, имеет размер всего 100 - 250 микрометров. Он состоит из трех основных систем: Интегральная схема для управления и направления, источник питания, т.е. фотогальванический элемент, способный получать энергию от источника света, и набор шарнирных ног, способных обеспечить движение более 10 микрометров в секунду.

Автономное управление осуществляется с помощью комплементарных металл-оксид-полупроводников, также известных как КМОП. Эти полупроводники состоят из тысяч транзисторов, диодов, конденсаторов и резисторов, отвечающих за управление электронными устройствами. Движение приводится в действие с помощью сдвинутых по фазе сигналов с частотой квадратной волны. Ноги робота сделаны из сервоприводов на основе платины. Электронная схема и конечности устройства питаются от фотогальванических элементов.

Команда создала трех роботов для демонстрации интеграции КМОП: двуногого бота Перселла, более сложного шестиногого робота-муравья, который ходит как насекомое, и четырехногого робота-собаку, который может менять скорость.

Новая технология открывает множество возможностей для применения этих микромашин. Прогнозируется, что автономные микромашины значительно расширят диагностические и терапевтические методики в медицине.

Самоуправляемые микророботы могут быть использованы для отслеживания конкретных бактерий, обнаружения токсичных химических веществ, борьбы с загрязнителями, интеграции с микрохирургией и помощи в очистке артерий путем удаления бляшек.

Новизна этого электронного производства заключается в использовании крайне маломощной электроники. С помощью новой технологии производства в Корнелльском центре наноразмерной науки и технологий исследователи собрали на одной кремниевой пластине гораздо больше электроники, чем с помощью традиционных процессов производства полупроводников. Это, в свою очередь, позволило им использовать одну схему для эффективного управления всем телом.

Хотя это значительный скачок на пути к автономной микроробототехнике, устройство довольно простое: оно должно только выполнять движение без какой-либо фактической связи с пользователем для определения направления движения. Однако недостаток интеллекта устройства можно объяснить использованием большого кремниевого технологического процесса - 180 нанометров - в то время как в ведущих промышленных приложениях используются суб-10-нм процессы. В будущем производство нано-схем позволит разместить гораздо больше электроники в меньшем пространстве, что позволит создавать гораздо более интеллектуальные структуры.