מחקר של שנים באוניברסיטת דיוק הניב רובוטים מיקרוסקופיים המסוגלים לתמרן בנפרד זה מזה ולהתארגן זה עם זה ליצירת מבנים בהרכבה עצמית (מצורף קטע וידאו)
מחקר של שנים באוניברסיטת דיוק הניב רובוטים מיקרוסקופיים המסוגלים לתמרן בנפרד זה מזה ולהתארגן זה עם זה ליצירת מבנים בהרכבה עצמית.
המיקרו-רובוטים מעוצבים ככפיות קטנטנות, אך גודלם נאמד במיקרונים – מיליונית המטר. הם קטנים כמעט פי מאה מכל תכנון רובוטי שקדם להם. הרובוטים מיוצרים בגודל המתאים לביצוע משימות מזעריות שונות, כגון תנועה על גבי שבבים.
"נפלא להצליח לשלוט ולהרכיב עצמים כל-כך קטנים ברזולוציה גבוהה כזו," אומר ברוס דונלד, פרופסור להנדסת מחשבים וביו-כימיה באוניברסיטת דיוק.
בסרטים שצילמה קבוצת המחקר ניתן לראות שני מיקרו-רובוטים רוקדים לצלילי וולס של שטראוס על רחבת ריקודים באורך מילימטר אחד. בסרט אחר הרובוטים חגים במדוייק כאשר זרועותיהם נמשכות למשטח על-ידי מטען חשמלי. לאחרונה הצליחו החוקרים לגרום לקבוצה של חמישה רובוטים לנוע בשיתוף-פעולה זה עם זה תחת אותה מערכת בקרה.
דונלד עבד על גרסאות קודמות של מיקרו-רובוטים מאז 1992, באוניברסיטאות שונות. הגרסאות הראשונות היו מערכים של זרועות זעירות שיכלו "להניע חפצים כמו מיקרו-שבבים עליהן, בדומה לדרך בה זמר רוק מונע קדימה על זרועות מעריציו," הוא אומר. "יצרנו 15,000 זרועות סיליקון בכל אינץ' רבוע."
בפברואר 2006 דיווח דונלד, פאפרוטני, לוי ושותפים אחרים למחקר אודות יסודות התכנון הנוכחי. רוחבם של הרובוטים בערך 60 מיקרון, אורכם כ- 250 מיקרון וגובהם 10 מיקרון. כל אחד מהם מקבל אספקת כוח מפני השטח הטעונים בחשמל עליהם הם עומדים. הרובוטים מניעים את עצמם לאורך המשטח בצעדים של 10 עד 20 ננו-מטר בכל פעם, אך צעדים אלו יכולים לחזור על עצמם עד ל- 20,000 פעמים בשניה.
המיקרו-רובוטים קטנים כל-כך מכיוון שאינם נושאים על עצמם רתמות המחוברות למערכת שליטה חיצונית. כל אחד מהם נוצר בטכניקת עיבוד מיקרו-שבבים, ומתוכנן כך שיגיב בצורה שונה לאותו "אות שליטה גלובלי" – טעינה ופריקה של מתחים על חלקי גופם של הרובוטים. לפי דונלד, שליטה גלובלית זו דומה לדרכים בהן חלבונים בתאים מגיבים לסיגנלים כימיים.
בדיווח החדש שלהם, הקבוצה מראה כי חמישה מיקרו-רובוטים יכולים להתקדם, להסתובב ולחוג ביחד בדרכים מתוכננות-מראש. כוראוגרפיה זו מתאפשרת מכיוון שכל אחד מהם בנוי במימדים שונים במקצת וניחן ברמת קושי שונה. הריקוד עצמו ממופה מראש באמצעים מתמטיים, ובסופו של דבר המיקרו-רובוטים מתאחדים לקבוצה היכולה להוות את הבסיס לפיתוחים משוכללים יותר.
"בהתחלה רצינו לבנות משהו כמו מכונית שיוכל ליסוע בקנה מידה מיקרוסקופי," אומר דונלד. "מה שהצלחנו לעשות עכשיו זה ליצור את פקק התנועה המיקרוסקופי הראשון."
הוא מספר כי נדרשו חמש שנים – בין 1997 ל- 2002 – ליצירת מיקרו-רובוט שיוכל לפעול בלי רתמה. שלוש שנים נוספות עברו לפני שהצליחו לגרום לרובוטים לנוע תחת שליטה גלובלית, ועוד שלוש שנים לפני שהצליחו להעניק לרובוטים את היכולת לנוע בצורה עצמאית זה מזה.
"החלק הקשה היה לתכנן כיצד מיקרו-רובוטים רבים יכולים לעבוד בצורה עצמאית, למרות שכולם מקבלים את אותה אספקת כוח ושליטה," הוא אומר.
דונלד וחוקרים אחרים באוניברסיטת דיוק חושבים עתה על גיוס המיקרו-רובוטים הנשלטים כדי להחדיר אלקטרודות זעירות ננו-מטריות לתוך תאי עצב. מחקר זה יקבל תמיכה ממכון דיוק למדעי המוח.