Robots microscópicos autónomos.(A ) Un robot microscópico junto a una hormiga. (B ) Una vista ampliada del robot. El robot se compone de tres piezas principales:un IC para controlar el robot, piernas para permitir que el robot camine y PV para alimentar tanto las piernas como el circuito. (C ) Imagen más ampliada que muestra una pata del robot. Consta de paneles rígidos de SiO2 y SEAs, bisagras activas que proporcionan el movimiento. (D ) Imagen del diseño CAD para el circuito con los bloques del circuito primario etiquetados. (E ) Imagen de microscopio óptico del circuito de control de los robots microscópicos. Barra de escala, 20 μm. El circuito tiene ocho salidas que emiten ondas cuadradas desfasadas con una amplitud de voltaje de alrededor de 0,6 V. La frecuencia de estas ondas cuadradas se puede configurar cableando la "selección de frecuencia" del circuito. PTAT, proporcional a la temperatura absoluta. Crédito:Ciencia Robótica (2022). DOI:10.1126/scirobotics.abq2296
Investigadores de la Universidad de Cornell han instalado "cerebros" electrónicos en robots alimentados por energía solar que tienen un tamaño de 100 a 250 micrómetros, más pequeños que la cabeza de una hormiga, para que puedan caminar de forma autónoma sin ser controlados externamente.
Si bien los investigadores de Cornell y otros han desarrollado previamente máquinas microscópicas que pueden gatear, nadar, caminar y plegarse, siempre hubo "condiciones" atadas; para generar movimiento, se usaban cables para proporcionar corriente eléctrica o los rayos láser tenían que enfocarse directamente en ubicaciones específicas de los robots.
"Antes, literalmente teníamos que manipular estas 'cuerdas' para obtener algún tipo de respuesta del robot", dijo Itai Cohen, profesor de física. "Pero ahora que tenemos estos cerebros a bordo, es como quitarle los hilos a la marioneta. Es como cuando Pinocho recupera la conciencia".
La innovación sienta las bases para una nueva generación de dispositivos microscópicos que pueden rastrear bacterias, detectar sustancias químicas, destruir contaminantes, realizar microcirugía y eliminar la placa de las arterias.
El proyecto reunió a investigadores de los laboratorios de Cohen, Alyosha Molnar, profesora asociada de ingeniería eléctrica e informática; y Paul McEuen, profesor de ciencias físicas, todos coautores principales del artículo. El autor principal es el investigador posdoctoral Michael Reynolds.
El artículo del equipo, "Microscopic Robots with Onboard Digital Control", publicado el 21 de septiembre en Science Robotics .
El "cerebro" de los nuevos robots es un circuito de reloj complementario de metal-óxido-semiconductor (CMOS) que contiene mil transistores, además de una serie de diodos, resistencias y condensadores. El circuito CMOS integrado genera una señal que produce una serie de frecuencias de onda cuadrada desfasadas que a su vez establecen la marcha del robot. Las piernas del robot son actuadores basados en platino. Tanto el circuito como las patas se alimentan con energía fotovoltaica.
"Eventualmente, la capacidad de comunicar un comando nos permitirá dar instrucciones al robot, y el cerebro interno descubrirá cómo llevarlas a cabo", dijo Cohen. "Entonces estamos teniendo una conversación con el robot. El robot podría decirnos algo sobre su entorno, y luego podríamos reaccionar diciéndole:'Está bien, ve allí e intenta averiguar qué está pasando'".
Los nuevos robots son aproximadamente 10 000 veces más pequeños que los robots a macroescala que cuentan con componentes electrónicos CMOS integrados y pueden caminar a velocidades superiores a 10 micrómetros por segundo.
El proceso de fabricación que diseñó Reynolds, básicamente personalizando componentes electrónicos construidos en fundición, dio como resultado una plataforma que puede permitir a otros investigadores equipar robots microscópicos con sus propias aplicaciones, desde detectores químicos hasta "ojos" fotovoltaicos que ayudan a los robots a navegar al detectar cambios en la luz. .
"Lo que esto le permite imaginar son robots microscópicos realmente complejos y altamente funcionales que tienen un alto grado de programabilidad, integrados no solo con actuadores, sino también con sensores", dijo Reynolds. "Estamos entusiasmados con las aplicaciones en medicina, algo que podría moverse en el tejido e identificar células buenas y matar células malas, y en remediación ambiental, como si tuviera un robot que supiera cómo descomponer contaminantes o detectar un químico peligroso. y deshazte de él". Robots microscópicos 'caminan' gracias a la tecnología láser
