Dünyanın en küçük robotu insan vücudunda seyahat edecek

ABD’deki Pennsylvania Üniversitesi (Penn) ile Michigan Üniversitesi’nden araştırmacılar, dünyanın en küçük tamamen programlanabilir ve otonom robotlarını geliştirdi. Çıplak gözle zor seçilen bu mikroskobik “yüzen” robotlar, çevrelerini algılayıp buna göre tepki verebiliyor, aylarca çalışabiliyor ve birim maliyetleri yalnızca bir sent düzeyinde.

Yaklaşık 200 – 300’e 50 mikrometre ölçülerinde boyutlarındaki robotlar, bir tuz tanesinden bile küçük. Biyolojik mikroorganizmalarla benzer ölçekte çalışan bu sistemlerin, özellikle tıp ve mikro-üretim alanlarında çığır açması bekleniyor. Araştırmacılara göre robotlar, tek tek hücrelerin sağlığını izlemekten mikroskobik cihazların inşasına kadar pek çok alanda kullanılabilecek.

IŞIKLA ÇALIŞIYOR, KENDİ KENDİNE KARAR VERİYOR

Science Robotics ve PNAS dergilerinde yayımlanan çalışmalara göre bu robotlar; kablo, manyetik alan ya da dışarıdan joystick benzeri bir kontrol olmadan çalışıyor. Işıkla beslenen sistemler, üzerlerindeki mikroskobik bilgisayarlar sayesinde karmaşık hareketler yapabiliyor, bulundukları ortamın sıcaklığını algılayıp yönlerini buna göre ayarlayabiliyor.

Çalışmanın kıdemli yazarı ve Penn Mühendislik Fakültesi öğretim üyesi Marc Miskin, “Otonom robotları 10 bin kat daha küçük hale getirdik. Bu, programlanabilir robotlar için tamamen yeni bir ölçek demek” ifadelerini kullandı.

YENİ ÖLÇEK, YENİ FİZİK

Robotların bu kadar küçülmesi, klasik robotik yaklaşımların işe yaramadığı bir dünyayı beraberinde getiriyor. İnsan ölçeğinde baskın olan yerçekimi ve atalet gibi kuvvetlerin yerini, bu boyutlarda akışkan direnci ve viskozite alıyor. Miskin’e göre mikroskobik ölçekte suda hareket etmek, “katranın içinde ilerlemeye” benziyor.

Bu nedenle ekip, geleneksel bacak veya kol benzeri hareketli parçalar yerine tamamen farklı bir itki sistemi geliştirdi. Robotlar, çevredeki iyonları harekete geçiren elektrik alanları oluşturarak suyu adeta kendileri için akıtan bir “mikro akıntı” yaratıyor. Bu sayede saniyede kendi boyları kadar mesafe kat edebiliyor, hatta balık sürülerine benzer şekilde koordineli hareket edebiliyorlar.

HAREKETLİ PARÇA YOK, DAYANIKLILIK VAR

Elektrik alanını oluşturan elektrotların hareketli parça içermemesi, robotları son derece dayanıklı kılıyor. Araştırmacılar, LED ışığıyla şarj edilen robotların aylarca kesintisiz yüzebildiğini ve defalarca örnekten örneğe aktarılabildiğini belirtiyor.

ASIL ATILIM MİKRO BEYİN

Robotları gerçekten otonom yapan asıl yenilik ise Michigan Üniversitesi’nden David Blaauw ve ekibinin geliştirdiği ultra küçük elektronik sistemler oldu. Blaauw’un laboratuvarı, dünyanın en küçük bilgisayarı rekoruna sahip. Bu teknoloji sayesinde robotların üzerine; işlemci, bellek, sensörler ve güneş panelleri sığdırıldı.

Ancak güneş panellerinin ürettiği güç yalnızca 75 nanovat. Bu, bir akıllı saatin tükettiği enerjinin yüz binlerce kat altında. Ekip, bu sorunu aşmak için son derece düşük voltajda çalışan özel devreler geliştirerek bilgisayarın enerji tüketimini bin katın üzerinde azalttı. Ayrıca yazılım komutları da yeniden tasarlanarak, normalde birçok talimat gerektiren işlemler tek bir özel komuta indirildi.

ALGILAYAN, HATIRLAYAN, TEPKİ VEREN ROBOTLAR

Ortaya çıkan sistem, araştırmacılara göre ilk gerçek alt-milimetre “düşünen” robot olma özelliğini taşıyor. Robotlar, sıcaklığı 0,3 derece hassasiyetle ölçebiliyor. Bu da hücresel aktivitenin dolaylı bir göstergesi olarak, tek tek hücrelerin sağlığını izlemeyi mümkün kılıyor.

Robotlar topladıkları verileri ise sıra dışı bir yöntemle iletiyor: 

Ölçüm değerleri, robotun mikroskop altında izlenen küçük “dans” hareketlerine kodlanıyor. Blaauw bu yöntemi, arıların birbirleriyle iletişim kurduğu danslara benzetiyor.

Her robot, ışık darbeleriyle programlanabiliyor ve benzersiz bir adrese sahip. Bu sayede aynı ortamda, her biri farklı görevler üstlenen çok sayıda robot birlikte çalışabiliyor.

Gelecekte robotların daha karmaşık yazılımlar çalıştırması, daha hızlı hareket etmesi, yeni sensörlerle donatılması ve zorlu ortamlarda görev yapması hedefleniyor.

Miskin, “Bu gerçekten sadece ilk bölüm. Beyni, sensörü ve motoru neredeyse görünmeyecek kadar küçük bir şeye sığdırabileceğimizi gösterdik. Bu temel atıldıktan sonra, mikroskobik robotik için bambaşka bir gelecek mümkün” değerlendirmesinde bulundu.