Teams van onderzoekers ontwikkelden microscopische, volledig programmeerbare autonome robots die energie en instructies via licht ontvangen. De zwemmachines zijn ongeveer 0.2 bij 0.3 bij 0.05 millimeter groot, werken maandenlang en kosten volgens de onderzoekers slechts een cent per stuk. Studies zijn gepubliceerd in Science Robotics en in de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Aandrijving en rekenkracht werden aanvankelijk door afzonderlijke teams ontwikkeld en later gecombineerd. Marc Miskin, assistant professor in electrical and systems engineering aan de University of Pennsyvlania, is seniorauteur van studies in Science Robotics en PNAS. David Blaauw en Dennis Sylvester, professors of electrical and computer engineering aan UM, leverden ultra-kleine rekenontwerpen en zijn seniorauteurs van de Science Robotics-studie.
Het aandrijvingsontwerp vermijdt bewegende delen: de robots genereren een elektrisch veld dat ionen in de omringende vloeistof bestuurt; die ionen duwen watermoleculen en creëren de voortstuwende kracht. De rekenhardware draait programma's op extreem weinig vermogen: het team van Blaauw liet een robotprogramma lopen op 75 nanowatts, volgens de onderzoekers 100,000 keer minder dan een slim horloge nodig heeft. Zonnecellen nemen het grootste deel van de robot in beslag om energie op te vangen, en ingenieurs condenseerden besturingsinstructies tot één speciale instructie zodat programma's in het zeer kleine geheugen passen.
De onderzoekers verwachten dat de apparaten de geneeskunde kunnen helpen door de gezondheid van individuele cellen te monitoren en dat ze nuttig kunnen zijn voor microschaalproductie. Toekomstige versies zouden complexere programma's kunnen opslaan, sneller kunnen bewegen, nieuwe sensoren krijgen of in andere omgevingen werken.
- Primary support: National Science Foundation
- Additional support: University of Pennsylvania Office of the President, Air Force Office of Scientific Research, Army Research Office, Packard Foundation, Sloan Foundation, Fujitsu Semiconductors
Moeilijke woorden
- programmeerbaar — zodanig dat het instructies kan uitvoerenprogrammeerbare
- autonoom — zonder directe leiding van mensen of externe controleautonome
- aandrijving — systeem dat beweging of voortstuwing geeft
- elektrisch veld — ruimte waar elektrische krachten op ladingen werken
- ion — geladen deeltje in een vloeistof of gasionen
- nanowatt — zeer kleine eenheid van elektrisch vermogennanowatts
- zonnecel — apparaat dat licht omzet in elektrische energieZonnecellen
- microschaalproductie — productie op zeer kleine schaal
- monitoren — regelmatig controleren van toestand of gezondheid
Tip: beweeg de muisaanwijzer over gemarkeerde woorden in het artikel, of tik erop om snelle definities te zien terwijl je leest of luistert.
Discussievragen
- Welke voordelen en mogelijke risico's ziet u bij het gebruik van zulke microscopische robots in de geneeskunde?
- De robots kosten volgens de onderzoekers ongeveer een cent per stuk. Hoe kan zo'n lage prijs de toepassingen en de regelgeving beïnvloeden?
- Welke van de genoemde toekomstige verbeteringen (meer geheugen, sneller bewegen, nieuwe sensoren, andere omgevingen) zou u het belangrijkst vinden voor microschaalproductie? Waarom?
Gerelateerde artikelen
Wetenschap aantrekkelijk maken met activiteiten
Evenementen met proefjes, lezingen en doe-activiteiten maken wetenschap begrijpelijker en aantrekkelijker. Organisatoren passen activiteiten aan leeftijden aan, werken op verschillende locaties en meten succes met bezoekers en feedback.