Учёные помещают компьютер в робота размером с зерно соли

Источник: PortaldoBitcoin Оригинальный заголовок: Учёные поместили компьютер в робота размером с зерно соли Оригинальная ссылка: Исследователи только что уменьшили автономных роботов до размера зерна соли. И эти роботы могут думать — в определённой степени.

Команда из Университета Пенсильвании и Университета Мичигана (США) создала микроскопические машины — размером 200 на 300 на 50 микрометров, что соответствует размеру зерна соли — которые плавают в жидкостях, обнаруживают изменения температуры, принимают решения автономно и работают месяцами подряд. Каждая единица стоит примерно один цент на производство.

Эти маленькие роботы полностью автономны. Без проводов, магнитных полей или внешнего управления через джойстик. Только крошечный компьютер, датчики и система propulsion, заключённые в нечто почти невидимое невооружённым глазом.

“Мы уменьшили размер автономных роботов в 10 000 раз”, заявил Марк Мискин, ассистент-профессор Пенсильванской инженерии. “Это открывает совершенно новую масштабируемость для программируемых роботов.”

Инновация решает проблему, которая вызывает сложности в робототехнике уже 40 лет: как создавать машины, которые могут работать независимо менее чем за один миллиметр. Электроника продолжала уменьшаться, но роботы — нет. Физика на этом уровне очень сложна — Мискин объяснил, что толкать воду в таком масштабе — всё равно что толкать асфальт, а миниатюрные руки или ноги просто ломаются.

Поэтому команда полностью отказалась от традиционных проектов. Вместо сгибания или изгиба конечностей, эти роботы создают электрическое поле, которое смещает заряженные частицы в окружающей жидкости. Эти ионы перетаскивают за собой молекулы воды, создавая движение.

Последовательность изображений в таймлапсе показывает траектории частиц-следов, расположенных рядом с роботом, состоящим из трёх связанных моторов.

Этот подход работает потому, что в нём нет движущихся частей. Электроды достаточно прочны, чтобы их можно было многократно переносить между образцами с помощью микропипетки без повреждений. Подзаряжаемые светодиодами, они продолжают плавать месяцами.

Крошечные солнечные панели, питающие этих роботов, вырабатывают всего 75 нановатт. Для обеспечения работы команда из Мичигана разработала схемы, работающие при очень низком напряжении, что сокращает потребление более чем в 1000 раз. Им также пришлось полностью переосмыслить работу программного обеспечения, сводя то, что обычно требует нескольких команд, к одним-единственным специализированным командам, помещающимся в микроскопическую память.

Результат: первый субмиллиметровый робот с полноценным компьютером. Процессор, память, датчики — полный комплект. Никто ранее не делал этого в такой масштабности.

Эти роботы могут точно определять температуру с точностью до трети градуса Цельсия — шести десятых градуса по Фаренгейту для тех, кто предпочитает имперскую систему. Они могут двигаться к более тёплым регионам или сообщать значения температуры, служащие индикаторами клеточной активности — потенциально отслеживая отдельные клетки.

Чтобы передавать свои измерения, исследователи создали специальную инструкцию, которая кодирует данные в “волнах” небольшого танца, выполняемого роботом. Учёные наблюдают через микроскоп и декодируют сообщение. Это похоже на коммуникацию пчёл, объяснил Дэвид Блау, профессор электротехники и компьютерных наук Университета Мичигана.

Роботы программируются с помощью световых импульсов, которые также их питают. Каждый имеет уникальный адрес, что позволяет исследователям загружать разные программы в разные единицы. Они могут работать независимо или в координации, движущимися по моделям, похожим на стаи рыб, со скоростью до одного тела в секунду.

Будущие версии смогут хранить более сложные программы, интегрировать новые датчики или работать в более агрессивных условиях. Текущий дизайн — это платформа — их система propulsion работает на электронике, которую можно производить в масштабах и по низкой цене.

“Это действительно только первая глава”, заявил Мискин. “Мы показали, что можно поместить мозг, датчик и мотор в нечто почти невидимое и заставить его выживать и функционировать месяцами.”

“Когда у вас есть такая база”, добавил он, “можно добавлять всевозможный интеллект и функциональность.”