دانشمندان یک ربات رقصان به اندازه یک دانه نمک ساختند
طراحی و ساخت رباتهای کاملاً خودمختار با ابعادی کمتر از یک میلیمتر، در نگاه نخست کاری بسیار پرهزینه و حتی غیرممکن به نظر میرسد. با این حال، گروهی از پژوهشگران در دانشگاه پنسیلوانیا و دانشگاه میشیگان نهتنها موفق به ساخت نسل جدیدی از ماشینهای خورشیدی با رکوردهای تازه شدهاند، بلکه هر یک از این رباتها تنها با هزینهای معادل ۰.۰۱ دلار تولید میشود. این رباتها میتوانند به پیشرفت حوزههایی از تولید در فناوری نانو گرفته تا تحقیقات پزشکی کمک کنند. افزون بر این، به گفته مارک میسکین، مهندس دانشگاه پنسیلوانیا، دستاورد تیم پژوهشی او به معمایی در حوزه رباتیک که دههها ادامه داشت پایان داده است.
مارک میسکین توضیح داده که ساخت رباتهایی که بتوانند بهصورت مستقل و در ابعادی کمتر از یک میلیمتر عمل کنند، فوقالعاده دشوار بوده و این حوزه عملاً حدود ۴۰ سال درگیر همین مشکل اساسی بوده است. در یکی از تصاویر منتشرشده، یک ربات کامل در کنار عدد ضربشده روی یک سکه یک سِنتی قرار داده شده تا مقیاس اندازه آن بهتر درک شود. اعتبار تصویر به کایل اسکلایل از دانشگاه پنسیلوانیا تعلق دارد.
مارک میسکین و همکارانش اخیراً در مجلات Science Robotics بهتفصیل توضیح دادهاند که مشکل اصلی در ساخت یک ربات کاملاً خودمختار در این مقیاس، به قوانین فیزیک بازمیگردد. اجسام بزرگ، از جمله انسانها، در جهانی حرکت میکنند که عمدتاً تحت تأثیر اینرسی و گرانش است. اما هرچه ابعاد یک جسم کوچکتر میشود، عواملی مانند سطح تماس، ویسکوزیته و نیروی پسا نقش بسیار پررنگتری پیدا میکنند.
به بیان میسکین، در مقیاسهای بسیار کوچک، هل دادن آب شباهت زیادی به حرکت در قیر غلیظ دارد. این موضوع باعث میشود که طراحیهای حرکتی رایج مانند بازو و پا، که در مقیاسهای بزرگ بر پایه گرانش و اینرسی بهخوبی کار میکنند، در مقیاس میکروسکوپی بیش از حد ظریف و ناکارآمد شوند. حل این مشکل پژوهشگران را وادار کرد که رویکردی کاملاً متفاوت برای حرکت انتخاب کنند؛ رویکردی که در سطح الکتریکی عمل میکند.
هر ربات ابعادی در حدود ۲۰۰ در ۳۰۰ در ۵۰ میکرومتر دارد، یعنی حتی کوچکتر از یک دانه نمک. با وجود این اندازه بسیار کوچک، این ماشینها قادرند با استفاده از پنلهای خورشیدی بسیار ریز، انرژی را به یک میدان الکتریکی تبدیل کنند، مشروط بر اینکه درون یک محلول قرار گیرند. این میدان الکتریکی یونهای اطراف را به حرکت درمیآورد و یونها نیز با جابهجا کردن مولکولهای آب اطراف، ربات را به جلو میرانند. این رباتها تنها به حرکت رو به جلو و عقب محدود نیستند؛ با تنظیم میدان الکتریکی، هر ربات میتواند بهتنهایی یا بهصورت هماهنگ و در الگوهای پیچیده، مشابه حرکت یک دسته ماهی، جابهجا شود.
این ماشینها هیچ قطعه متحرکی ندارند و کاملاً به سیگنالهای الکترونیکی متکی هستند. همین ویژگی آنها را در مقایسه با رباتهای بزرگتر و پیچیدهتر، بسیار بادوامتر میکند. با شارژهایی که از طریق یک LED تأمین میشود، این رباتها میتوانند برای ماهها به شنا کردن ادامه دهند. با این حال، مقرونبهصرفه بودن و خلاقیت بهتنهایی کافی نیست، زیرا اگر یک ماشین نتواند کاری انجام دهد، عملاً بیفایده است. رباتهای میکروسکوپی باید قادر به انجام مأموریت باشند و این امر مستلزم برنامهریزی است؛ موضوعی که بار دیگر مسئله اندازه را به میان میکشد.
