Wetenschappers van de University of Pennsylvania en de University of Michigan hebben de kleinste volledig programmeerbare autonome robot ter wereld ontwikkeld. Deze microrobot, die slechts 200 µm x 300 µm x 50 µm meet, kan zijn omgeving zelf waarnemen en erop reageren. Ondanks de kleine afmetingen bedraagt de ontwikkelingsinspanning aanzienlijk, maar de kosten van de robot zijn verrassend laag.
De robot wordt aangedreven door minieme zonnecellen en is uitgerust met een ionenmotor voor voortbeweging in vloeistoffen. De onderzoekers hebben geavanceerde technologie in deze kleine robot geïntegreerd, zoals beschreven in hun studie die onlangs is gepubliceerd. De kern van de robot is een computer ontwikkeld door David Blaauw, die bekend staat om de ontwikkeling van de kleinste computer ter wereld.
De uitdaging was om de microcomputer en de robot zodanig te integreren dat ze optimaal functioneren. De energievoorziening was een cruciaal aspect; de robot moest zichzelf kunnen van energie voorzien om autonoom te blijven functioneren. De zonnecellen genereren slechts 75 nanowatt, wat meer dan 100.000 keer minder is dan wat een smartwatch nodig heeft. Dit vereiste aanzienlijke aanpassingen aan de circuitarchitectuur van de microcomputer, waardoor het energieverbruik met een factor 1000 kon worden verminderd.
Doordat de zonnecellen de meeste ruimte in de robot innemen, was er maar weinig ruimte over voor de processor en het geheugen. Om de beperkte opslagcapaciteit te benutten, moesten de wetenschappers de programmatuur komprimeren, waarbij instructies die normaal gesproken veel ruimte in beslag nemen, werden samengevoegd tot één specifieke instructie. Dit stelde de onderzoekers in staat om de code binnen de beschikbare opslagruimte te krijgen.
De programmering en het overbrengen van het programma naar de computer gebeurt via lichtpulsen. Elke robot heeft een unieke adressering waardoor hij voor verschillende taken kan worden geprogrammeerd. Dit maakt het mogelijk voor robotzwermen om gezamenlijk een taak uit te voeren.
De robot is ook uitgerust met temperatuursensoren die de omgevingstemperatuur tot op een derde van een graad nauwkeurig kunnen meten. Hierdoor kan de robot temperaturen waarnemen en zich bewegen naar gebieden met hogere temperaturen, wat nuttig is voor bijvoorbeeld het monitoren van cellen.
De bewegingen van de robot zijn gecodeerd in een ‘dans’, die kan worden gedecodeerd door middel van een microscoop. Dit communicatiesysteem lijkt op de dansbewegingen van bijen, die informatie delen met hun soortgenoten.
Om de robot effectief te laten bewegen in een vloeistof, ontwikkelden de onderzoekers een speciaal aandrijfsysteem zonder mechanische onderdelen. In plaats daarvan genereert de robot een elektrisch veld dat ionen in de omringende vloeistof afgeeft, waardoor deze in beweging wordt gezet. Dit stelt de robot in staat zich voort te bewegen in complexe patronen met een snelheid tot een lichaamse lengte per seconde.
De robot kan maandenlang in een vloeistof blijven bewegen zolang er licht is om de zonnecellen van energie te voorzien. Dit maakt het mogelijk dat de robot volledig autonoom functioneert zonder externe bediening. De onderzoekers hebben vijf jaar gewerkt aan de ontwikkeling van deze zelfvoorzienende micro-robot.
Bovendien kost de productie van deze innovatie slechts één Amerikaanse cent. Dit opent de deur naar een veelbelovende toekomst voor micro-robotica, waarin nog krachtigere en multifunctionelere robotmodellen kunnen worden ontwikkeld tegen minimale kosten.
