Các nhà khoa học đặt máy tính vào robot nhỏ bằng hạt muối

Nguồn: PortaldoBitcoin Tiêu đề gốc: Các nhà khoa học đặt máy tính vào robot kích thước hạt muối Liên kết gốc: Các nhà nghiên cứu vừa giảm kích thước robot tự hành xuống còn bằng hạt muối. Và những robot này có thể suy nghĩ — theo một cách nào đó.

Một nhóm từ Đại học Pennsylvania và Đại học Michigan (Mỹ) đã chế tạo các máy móc vi mô — với kích thước 200 x 300 x 50 micromet, bằng hạt muối — bơi trong chất lỏng, phát hiện sự thay đổi nhiệt độ, tự quyết định và hoạt động liên tục trong nhiều tháng. Mỗi đơn vị tiêu tốn khoảng một xu để sản xuất.

Những robot nhỏ này hoàn toàn tự hành. Không dây, không từ trường hay điều khiển bên ngoài qua joystick. Chỉ có một máy tính nhỏ, cảm biến và hệ thống đẩy được nén trong một vật thể gần như vô hình với mắt thường.

“Chúng tôi đã giảm kích thước của các robot tự hành xuống 10.000 lần,” ông Marc Miskin, giảng viên trợ lý của Penn Engineering, cho biết. “Điều này mở ra một quy mô hoàn toàn mới cho các robot có thể lập trình.”

Sáng kiến này giải quyết một vấn đề đã thách thức ngành robot trong 40 năm: làm thế nào để xây dựng các máy móc hoạt động độc lập dưới một milimet. Mạch điện tiếp tục thu nhỏ, nhưng robot thì không theo kịp. Vật lý ở cấp độ này rất thử thách — Miskin giải thích rằng đẩy nước ở quy mô này giống như đẩy nhựa đường, và các cánh tay hoặc chân nhỏ xíu đơn giản là dễ gãy.

Vì vậy, nhóm đã từ bỏ hoàn toàn các thiết kế truyền thống. Thay vì uốn hoặc bẻ cong các bộ phận, những robot này tạo ra một trường điện từ dịch chuyển các hạt mang điện trong chất lỏng xung quanh. Các ion này kéo theo các phân tử nước, tạo ra chuyển động.

Một chuỗi hình ảnh theo kiểu time-lapse mô phỏng quỹ đạo của các hạt theo dõi gần robot gồm ba động cơ liên kết.

Cách tiếp cận này hoạt động vì không có bộ phận chuyển động. Các điện cực đủ bền để có thể chuyển đi chuyển lại nhiều lần giữa các mẫu bằng pipet nhỏ mà không bị hư hỏng. Được cung cấp năng lượng bằng đèn LED, chúng tiếp tục bơi trong nhiều tháng.

Các tấm pin mặt trời nhỏ bé cung cấp năng lượng cho robot này chỉ tạo ra 75 nanowatt. Để làm cho hoạt động khả thi, nhóm Michigan đã phát triển các mạch hoạt động ở điện áp cực thấp, giảm tiêu thụ điện năng hơn 1.000 lần. Họ cũng cần nghĩ lại hoàn toàn cách hoạt động của phần mềm, cô đọng những gì thường yêu cầu nhiều lệnh thành các lệnh đơn lẻ và chuyên biệt, có thể lưu trữ trong bộ nhớ vi mô.

Kết quả: robot siêu nhỏ đầu tiên có đầy đủ máy tính. Bộ xử lý, bộ nhớ, cảm biến — tất cả trong một gói. Chưa ai làm điều này ở quy mô này trước đây.

Những robot này có thể phát hiện nhiệt độ chính xác tới một phần ba độ Celsius — sáu phần mười độ Fahrenheit cho những ai thích hệ đo lường imperial. Chúng có thể di chuyển về phía các vùng ấm hơn hoặc báo cáo các giá trị nhiệt độ như các chỉ số hoạt động của tế bào — có khả năng theo dõi từng tế bào riêng lẻ.

Để truyền đạt các phép đo của mình, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một lệnh đặc biệt mã hóa dữ liệu trong các “lượn sóng” của một điệu nhảy nhỏ mà robot thực hiện. Các nhà khoa học quan sát qua kính hiển vi và giải mã thông điệp. Nó giống như giao tiếp của những con ong, giải thích ông David Blaauw, giảng viên Kỹ thuật Điện và Máy tính của Đại học Michigan.

Các robot được lập trình bằng các xung sáng, cũng là nguồn năng lượng cho chúng. Mỗi robot có một địa chỉ duy nhất, cho phép các nhà nghiên cứu tải các chương trình khác nhau vào các đơn vị riêng biệt. Chúng có thể hoạt động độc lập hoặc phối hợp, di chuyển theo mô hình giống như đàn cá, đạt tốc độ lên tới một chiều dài cơ thể mỗi giây.

Các phiên bản tương lai có thể lưu trữ các chương trình phức tạp hơn, tích hợp cảm biến mới hoặc hoạt động trong môi trường khắc nghiệt hơn. Thiết kế hiện tại là một nền tảng — hệ thống đẩy của nó hoạt động dựa trên các mạch điện tử có thể sản xuất theo quy mô lớn và chi phí thấp.

“Đây thực sự chỉ là chương đầu tiên,” ông Miskin nói. “Chúng tôi đã chứng minh rằng có thể đặt một bộ não, một cảm biến và một động cơ vào thứ gần như vô hình và khiến nó sống sót, hoạt động trong nhiều tháng.”

“Khi bạn có nền tảng này,” ông bổ sung, “bạn có thể thêm mọi loại trí tuệ và chức năng.”