Föreställ dig en maskin så liten att den försvinner bredvid ett vanligt saltkorn, men som ändå besitter förmågan att tänka, känna och röra sig helt på egen hand. Det låter som science fiction, men tack vare ett samarbete mellan forskare vid University of Pennsylvania och University of Michigan är det nu vetenskaplig verklighet.
Vi lever i en tid där tekniken ständigt krymper, men det här genombrottet tar miniatyrisering till en helt ny nivå. Forskarna har lyckats konstruera en mikroskopisk robot som mäter blott 200 × 300 × 50 mikrometer. Det är en bedrift som inte bara handlar om storlek, utan om att skapa ett helt självförsörjande system i mikroskala.
En kraftfull dvärg driven av ljus
Det mest fascinerande med denna nya teknik är hur den hanterar energi. Till skillnad från många andra mikroskopiska enheter som kräver externa magnetfält eller kablar för att fungera, är denna robot helt frikopplad. Hemligheten ligger i ett extremt energieffektivt solcellssystem.
Roboten är utrustad med miniatyriserade paneler som driver hela systemet på endast 75 nanowatt. För att sätta detta i perspektiv: det är ungefär 100 000 gånger mindre energi än vad din smartklocka förbrukar. Detta gör att roboten kan operera autonomt utan behov av tunga batterier eller extern strömtillförsel, vilket är en avgörande faktor för dess användbarhet.
Att simma genom sirap: En ny typ av framdrivning
När man bygger robotar i denna skala ställs man inför fysiska utmaningar som vi sällan tänker på i vår makrovärld. På mikronivå upplevs vätskor som betydligt tjockare; att röra sig genom vatten för en mikrorobot är som för en människa att försöka simma genom sirap. Traditionella mekaniska lemmar eller propellrar är helt ineffektiva här.
Forskarna har löst detta genom att utveckla ett framdrivningssystem baserat på elektriska fält. Genom att utnyttja dessa fält kan roboten övervinna vätskans viskositet och navigera smidigt i sin omgivning. Detta sker helt utan rörliga mekaniska delar, vilket minskar risken för slitage och haveri.
En tänkande maskin för en cent
Detta är inte bara en bit kisel som flyter runt slumpmässigt. Varje enhet är en fullt integrerad dator. Inuti den mikroskopiska kroppen finns minne, sensorer för temperatur och miljöövervakning, samt en processor kapabel att exekvera algoritmer.
Detta innebär att roboten kan fatta självständiga beslut baserat på sin omgivning och utföra uppdrag under flera månaders tid. Den behöver ingen förare; den vet vad den ska göra.
Kanske mest revolutionerande är prislappen. Produktionskostnaden uppskattas till cirka 0,01 dollar per enhet – alltså ungefär 10 öre. Detta extremt låga pris öppnar dörren för massproduktion på en skala vi tidigare bara kunnat drömma om.
Framtiden för medicin och industri
Med en prislapp på en cent och förmågan att navigera autonomt, ser framtiden ljus ut för denna teknik. Forskarna pekar ut två primära användningsområden: medicinsk övervakning på cellnivå och industriell mikro-montering.
Tänk dig tusentals små robotar som övervakar hälsan inuti kroppen, eller fabriker där mikroskopiska arbetare bygger framtidens elektronik. Genom att kombinera avancerad beräkningskraft med autonom mobilitet i en förpackning mindre än ett saltkorn, har teamet från University of Pennsylvania och University of Michigan tagit ett gigantiskt kliv för mikrorobotiken.