Onderzoekers van de Cornell University hebben elektronische "hersenen" geïnstalleerd op door zonne-energie aangedreven robots die 100 tot 250 micrometer groot zijn - kleiner dan een mierenkop - zodat ze autonoom kunnen lopen zonder extern gecontroleerd te worden.

Terwijl Cornell-onderzoekers en anderen eerder microscopische machines hebben ontwikkeld die kunnen kruipen, zwemmen, lopen en zichzelf opvouwen, waren er altijd "koorden" aan verbonden; om beweging te genereren, werden draden gebruikt om elektrische stroom te leveren of moesten laserstralen direct op specifieke locaties op de robots worden gericht.

"Vroeger moesten we deze 'snaren' letterlijk manipuleren om enige reactie van de robot te krijgen", zegt Itai Cohen, hoogleraar natuurkunde. "Maar nu we deze hersenen aan boord hebben, is het alsof we de touwtjes van de marionet halen. Het is alsof Pinocchio bij bewustzijn komt."

De innovatie vormt de basis voor een nieuwe generatie microscopische apparaten die bacteriën kunnen volgen, chemicaliën kunnen opsnuiven, verontreinigende stoffen kunnen vernietigen, microchirurgie kunnen uitvoeren en de plaque uit slagaders kunnen schrobben.

Het project bracht onderzoekers samen van de laboratoria van Cohen, Alyosha Molnar, universitair hoofddocent elektrische en computertechniek; en Paul McEuen, hoogleraar natuurkunde, alle co-senior auteurs van de krant. De hoofdauteur is postdoctoraal onderzoeker Michael Reynolds.

De paper van het team, "Microscopic Robots with Onboard Digital Control", gepubliceerd op 21 september in Science Robotics .

Het "brein" in de nieuwe robots is een complementair metaaloxide-halfgeleider (CMOS) klokcircuit dat duizend transistors bevat, plus een reeks diodes, weerstanden en condensatoren. Het geïntegreerde CMOS-circuit genereert een signaal dat een reeks in fase verschoven blokgolffrequenties produceert die op hun beurt de gang van de robot bepalen. De robotbenen zijn op platina gebaseerde actuatoren. Zowel het circuit als de poten worden aangedreven door fotovoltaïsche energie.

"Uiteindelijk zal het vermogen om een ​​commando te communiceren ons in staat stellen om de robot instructies te geven, en het interne brein zal uitzoeken hoe ze deze moeten uitvoeren," zei Cohen. "Dan hebben we een gesprek met de robot. De robot kan ons iets vertellen over zijn omgeving, en dan kunnen we reageren door hem te zeggen:'Oké, ga daarheen en probeer uit te zoeken wat er aan de hand is.'"

De nieuwe robots zijn ongeveer 10.000 keer kleiner dan robots op macroschaal met ingebouwde CMOS-elektronica, en ze kunnen lopen met snelheden van meer dan 10 micrometer per seconde.

Het fabricageproces dat Reynolds ontwierp, in feite het aanpassen van in de gieterij gebouwde elektronica, heeft geresulteerd in een platform waarmee andere onderzoekers microscopische robots kunnen uitrusten met hun eigen apps - van chemische detectoren tot fotovoltaïsche "ogen" die robots helpen navigeren door veranderingen in licht waar te nemen .

"Wat je je hierdoor kunt voorstellen, zijn echt complexe, zeer functionele microscopische robots met een hoge mate van programmeerbaarheid, geïntegreerd met niet alleen actuatoren, maar ook sensoren", zei Reynolds. "We zijn enthousiast over de toepassingen in de geneeskunde - iets dat zich in weefsel kan verplaatsen en goede cellen kan identificeren en slechte cellen kan doden - en in milieusanering, alsof je een robot zou hebben die verontreinigende stoffen kon afbreken of een gevaarlijke chemische stof kon detecteren en weg ermee." + Verder verkennen

Microscopische robots 'lopen' dankzij lasertechnologie