Miniaturisering heeft lang geduurd een uitdaging in de geschiedenis van robotica.
Terwijl ingenieurs de afgelopen decennia grote vooruitgang hebben geboekt in de miniaturisering van elektronica, zijn bouwers van miniatuur autonoom robots zijn er niet in geslaagd het doel te bereiken om ze kleiner dan 1 millimeter te maken. Dit komt omdat kleine armen en benen kwetsbaar en moeilijk te vervaardigen zijn. Bovenal veranderen de omstandigheden van de natuurwetten in de microscopische wereld. In plaats van zwaartekracht en traagheid worden weerstand en viscositeit dominant.
Tegen deze achtergrond onderzoeken onderzoekers in de VS hebben de aangekondigd resultaten van een onderzoek dat een 40 jaar oude uitdaging tot stand brengt. Een team onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania en de Universiteit van Michigan heeft een nieuwe robot ontwikkeld die kleiner is dan een zoutkorrel en slechts 200 x 300 x 50 micrometer meet. Met 0,3 mm aan de langste zijde is dat ver onder de drempel van 1 mm. Toch kan hij zijn omgeving waarnemen, zelfstandig beslissingen nemen, zwemmen en bewegen in het water.
Bovendien werkt het volledig autonoom en is het niet afhankelijk van externe controles zoals draden of magnetische velden. Er wordt gezegd dat de productiekosten slechts 1 cent per eenheid bedragen.
“We zijn erin geslaagd een autonome robot te miniaturiseren tot 1/10.000ste van de grootte van een conventionele robot”, zegt Mark Miskin, een van de onderzoekersassistent-professor elektrische systeemtechniek aan de Universiteit van Pennsylvania. “Dit opent een geheel nieuwe schaal voor programmeerbare robots.”
De elektrische glijbaan
Het voortstuwingssysteem dat Miskin en zijn team hebben ontwikkeld, is een doorbraak in de conventionele robotica. Vissen en andere grote waterorganismen bewegen zich voort als gevolg van de reactie van water dat achteruit duwt, in overeenstemming met de derde bewegingswet in de Newtoniaanse mechanica. Maar het duwen van water op microscopische schaal is als het duwen van modderige teer. De viscositeit van het water is zo groot dat kleine armen en benen er nooit mee kunnen concurreren.
Daarom kozen de onderzoekers voor een geheel nieuwe aanpak. In plaats van te zwemmen door delen van zijn lichaam te bewegen, beweegt de nieuwe robot door een elektrisch veld eromheen te genereren en geladen deeltjes zachtjes in de vloeistof te duwen. De robot maakt gebruik van het fenomeen dat bewegende geladen deeltjes nabijgelegen watermoleculen meeslepen, waardoor een waterstroom rond de robot ontstaat. Het is alsof de robot zelf niet beweegt, maar de oceaan of de rivier beweegt.
