Несмотря на свои размеры, машины двигаются, чувствуют и принимают решения самостоятельно
Послушайте эту статью
Это история, написанная человеком и озвученная искусственным интеллектом. Есть отзывы? Примите участие в нашем опросе. (Смотрите нашу политику в области искусственного интеллекта здесь.)
Вы бы не догадались, что это крошечное пятнышко — робот, если бы увидели его. При диаметре менее миллиметра вы можете его вообще не заметить. Но крошечная машина открывает широкие возможности для изучения микроскопического мира. По словам ее создателей, это самый маленький робот, который может двигаться, думать и действовать самостоятельно.
Мини-робот был создан при помощи крошечных и сложных механизмов, созданных природой. “Клетки и микроорганизмы феноменально сложны”, — говорит Марк Мискин. “Природа выбрала эту шкалу длины для организации всего живого”. Инженер Мискин работает в Пенсильванском университете в Филадельфии. Он надеется, что такие же крошечные роботы помогут раскрыть секреты клеточного мира.
Новый робот размером с парамецию — одноклеточный организм, обитающий в воде. По словам Мискина, это не первая машина длиной менее миллиметра. Но это первая полностью автономная машина. Будучи запрограммированным, он решает, куда идти, как туда добраться и что делать.
Возможно, когда-нибудь такие маленькие роботы смогут путешествовать по человеческому телу, изучая клетки или доставляя лекарства.По словам Мискина, разработка микроробота была сложной задачей. Роботам нужны датчики, компьютерные процессоры и память, источники питания и детали для управления их движением. В больших роботах эти системы могут быть разделены. Но в крошечных роботах все находится в тесном контакте. И в таких малых масштабах различные силы влияют на то, как объекты могут перемещаться. В результате инженерам пришлось переосмыслить дизайн этого робота.
Роботы переосмыслены
Новый робот питается от мини-солнечных батарей, расположенных на его поверхности. Светодиод, установленный на потолке, вырабатывает мощность в 100 нановатт. Микроволновые печи вырабатывают в 10 миллиардов раз больше энергии! Небольшое количество энергии, необходимое для работы устройства, ограничивает его конструктивные возможности. По словам Мискина, команда должна была продумать, как робот передвигается и обрабатывает информацию.
Крошечный, но мощный
Чтобы двигаться, робот должен находиться в жидкости. Однако он не умеет плавать. В очень малых масштабах объекты взаимодействуют с жидкостями иначе, чем мы. Для существа размером с клетку плавание в воде больше похоже на плавание в гудроне. Таким образом, микророб использует маломощный процесс, называемый электрокинетическим движением. Это означает, что электричество (“электро”) управляет его движением (“кинетическим”).
Четыре электрода на роботе могут посылать и принимать электрический ток. Когда ток проходит по жидкости от одного электрода к другому, он создает силу, действующую на любые заряженные частицы, находящиеся в жидкости. Сила толкает частицы в одном направлении, но жидкость пытается притянуть их обратно. Это создает поток, который увлекает робота за собой.Чтобы двигаться в разных направлениях, робот пропускает ток между различными комбинациями электродов. Он изменяет скорость, регулируя силу тока.
Как только робот смог двигаться, команде пришло время снабдить его датчиками и “мозгом”. Маленьким роботам было бы полезно измерять температуру. Это потому, что она может быть показателем состояния клеток. С этой целью исследователи прикрепили к своему роботу пару крошечных термометров.
“Мозг” микроробота представляет собой миниатюрный компьютер с объемом памяти всего в несколько сотен бит. Между тем, в большинстве ноутбуков по меньшей мере 64 миллиарда бит! Из-за этого разработчикам приходилось писать компьютерные программы, которые практически не занимали памяти. Они использовали такие приемы, как объединение множества небольших команд в одну суперкоманду и написание программ на обычном настольном компьютере, а затем отправка их роботам.
Тестирование роботов
В ходе экспериментов робот размером с клетку был запрограммирован на измерение температуры окружающей среды и перемещение из более холодных областей в более теплые. Когда жидкость рядом с роботом охлаждалась, робот перемещался, пока не находил более теплое место, как и было запрограммировано. Когда это место охлаждалось, робот возобновлял поиск тепла.Группа Мискина поделилась этими результатами в журнале Science Robotics в декабре прошлого года. Исследователи отмечают, что микроботы также дешевы и просты в изготовлении. По их оценкам, если производить их большими партиями, то стоимость каждого робота составит всего пенни.
Команда Мискина сейчас изучает, могут ли эти роботы безопасно перемещаться внутри тела. Они также изучают, как роботы могут взаимодействовать друг с другом. “Клетки сами по себе удивительны”, — говорит Мискин. Но их настоящая сила заключается в совместной работе, отмечает он.
Эти роботы — отличная разработка, — говорит Вероника Магданц. Биотехнолог из Университета Ватерлоо в Канаде, она создает миниатюрных медицинских роботов. По ее словам, это новая область, в которой много возможностей. Когда-нибудь крошечные роботы смогут расщеплять тромбы и помогать диагностировать заболевания. Она ценит, что эти новые конструкции могут чувствовать, двигаться и выполнять вычисления самостоятельно.
Главная проблема, связанная с этой технологией, — это мощность, добавляет Магданц. Она отмечает, что роботы с легким приводом могут плохо работать в теле. Тем не менее, она надеется, что подобные задачи будут решены. Шестьдесят лет назад “никто и подумать не мог о создании крошечных роботов, которые были бы меньше того, что мы видим”, — говорит она. “Теперь у нас есть возможности и технологии, позволяющие это сделать. Это действительно круто”.
