В рамках нового проекта в области микро- и наноэлектроники ученые из Корнельского университета разработали микроробота размером меньше головы муравья, способного передвигаться в автономном режиме. Робот на солнечных батареях, невидимый невооруженным глазом, имеет на борту крошечный микропроцессорный "мозг", который позволяет ему самостоятельно перемещаться по поверхностям без контроля со стороны человека.

Доктор философии Алехандро Кортезе,  демонстрирует пластину кремния содержащую готовые КМОП-"мозги". Cornell 

Создание автономного робота - весьма непростая задача. До сих пор ученые разрабатывали микроскопические устройства, требующие для передвижения специальных проволочные жгуты или внешние стимуляторы, такие как сфокусированные лазерные лучи. В настоящее время в журнале Science Robotics описывается новый тип микрочипа, который позволяет управлять роботами, размером чуть больше толщины человеческого волоса.

"До появления этих микрочипов нам приходилось чуть ли не вручную манипулировать этими "веревочками", чтобы заставить робота хоть как-то реагировать. Но сегодня, когда у нас появился этот электронный мозг, мы как словно освободили марионетку от нитей. Это как если бы Пиноккио превратился в живого мальчика", - рассказывает Итай Коэн, профессор физики из  College of Arts and Sciences.

Мозг на борту

Новый электронный микроробот, управляемый электронным мозгом, имеет размер всего 100 - 250 микрометров. Он состоит из трех основных систем: интегральной схемы для управления и ориентации, источника питания, (фотогальванического элемента), способного получать энергию от источника света, и набора шарнирных ног, позволяющих обеспечить движение со скоростью более 10 микрометров в секунду.

Автономное управление осуществляется с помощью комплементарных металл-оксид-полупроводников (КМОП). В состав таких элементов входят тысячи транзисторов, диодов, конденсаторов и резисторов, отвечающих за управление электронными устройствами. Ножки робота выполнены из актуаторов на основе платины. Электронная схема и двигательная система устройства питаются от фотогальванических элементов.

Для демонстрации интегрированной технологии CMOS команда создали трех роботов: двуногого бота Purcell, шестиногого робота-муравья (который ходит подобно насекомым) и четырехногого робота-пса, способного изменять скорость движения.

Специалисты из Корнелла установили электронные "мозги" на роботов работающих от фотоэлектрических элементов размером от 100 до 250 микрометров, благодаря чему крошечные устройства могут перемещаться автономно без внешнего управления

Авторы проекта считают, что применение новой концепции открывает широкие возможности для использования подобных микромашин. По прогнозам, автономные наноботы позволят существенно расширить диагностические и терапевтические возможности медицины. Самоуправляемые микроботы могут быть использованы для отслеживания различных микроорганизмов, обнаружения токсичных реагентов, борьбы с загрязняющими веществами, интеграции с микрохирургией и помощи в очистке артерий путем удаления бляшек.

Уникальность технологического производства новых ботов заключается в использовании электроники с крайне низким энергопотреблением. Используя новый технологический процесс, исследователи смогли установить на одной кремниевой пластине намного больше электронных модулей по сравнению с традиционными методами производства полупроводников. Это в свою очередь позволило разработчикам использовать всего один чип для эффективного управления всем механизмом.

Источники: Journal Science Robotics, Cornell University

1. (https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abq2296)
2. (https://news.cornell.edu/stories/2022/09/brains-board-smart-microrobots-walk-autonomously)