로봇 공학의 발전은 종종 우리 생물학의 렌즈를 통해 관찰됩니다. 새로운 휴머노이드 로봇의 그리퍼는 안전하게 악수 할 수있을만큼 부드럽습니까? 유아와 마찬가지로 균형을 유지할 수 있습니까?

Penn Engineering과 Cornell의 연구원들은 훨씬 더 근본적인 수준에서이 렌즈를 통해 생물학적 세포 규모의 로봇 시스템을 만들고 있습니다.

그들은 반도체 공정으로 만들어지고 표준 전자 신호로 제어 및 걷기가 가능한 최초의 미세 로봇을 만들었습니다. 대략 짚신과 비슷한 크기로 대량 생산이 가능하고 언젠가는 인체를 통과 할 수있는 훨씬 더 복잡한 버전을 만들기위한 템플릿을 제공합니다.

연구진의 현미경 로봇은 다리 역할을하는 몇 개의 원자 두께에 불과한 백금 조각을 가지고 있습니다. 로봇 등의 태양 광 패널에 레이저를 비추면 한 쌍의 다리가 구부러지는 전압을 제공합니다. 패널을 번갈아 가며 로봇이 기어 갈 수 있습니다. 이미지 크레딧 : Penn Engineering / Cornell

Penn Engineering의 전기 및 시스템 공학과의 조교수 인 Marc Miskin은이 로봇에 대한 작업을 시작했으며 , 물리학 교수 인 Itai Cohen 과  코넬의 John A. Newman 물리 과학 교수 인 Paul McEuen 의 박사 후 연구원이이 로봇에 대한 작업을 시작했습니다  . 대학의 예술 및 과학 대학.

세 이제 저널에 발표 된 연구 주도  자연 ,  이러한 미세한 로봇 조립 및 제어 할 수있는 방법에 대해 설명하는.

Miskin은“어렸을 때 현미경을보고이 모든 놀라운 작은 생물들에게 날아가는 것을 기억합니다.”라고 Miskin은 말합니다. “생물학은 미세한 기계를 통해 작동합니다. 당신조차도 본질적으로 세포라고 불리는 작은 로봇으로 만들어진 거대한 기계입니다.”

“자연은 우리가 믿을 수 없을 정도로 작고 믿을 수 없을만큼 복잡한 것을 만들 수없는 이유가 없음을 보여줍니다.”라고 그는 말합니다. “문제는 우리가 어떻게 할 수 있는가? 인간은 어떻게 작은 방법으로도 생물학적 세포가하는 일을 복제하는 시스템을 구축 할 수 있습니까?”

연구원들의 새로운 로봇은 너무 작아서 눈으로 볼 수 없습니다. 두께는 약 5 미크론, 너비는 40 미크론, 길이는 40 ~ 70 미크론입니다. 각각은 실리콘 광전지 (기본적으로 몸통과 뇌)로 만든 간단한 회로와 다리 역할을하는 4 개의 전기 화학 액추에이터로 구성됩니다.

McEuen은 "로봇의 두뇌와 관련하여 기존 반도체 기술을 사용하여 작고 분리 가능하게 만드는 느낌이 있지만 다리는 이전에 존재하지 않았습니다."라고 말합니다. “사용할 수있는 작고 전기적으로 작동 가능한 액추에이터가 없었습니다. 그래서 우리는 그것들을 발명 한 다음 전자 장치와 결합해야했습니다.”

짚신 옆에있는 연구원의 로봇 중 하나. 이미지 크레딧 : Penn Engineering / Cornell

컴퓨터 칩을 만드는 데 사용되는 것과 유사한 리소그래피 기술을 사용하여 로봇의 뇌와 몸통을 실리콘에 에칭합니다. 약 백만 개가 표준 4 인치 실리콘 웨이퍼에 들어갈 수 있습니다. 그런 다음 원자 층 증착은 수십 개의 원자 두께의 백금 조각으로 구성된 다리를 추가합니다. 전압을 가하면 백금이 말리기 때문에 단단한 패널도 스트립 위에 추가되어 작동시 스트립이 어떻게 구부러 지는지 결정하는 조인트를 생성합니다.

연구원들은 서로 다른 광전지에서 레이저 펄스를 깜박이면서 로봇을 제어하며, 각각은 별도의 다리 세트를 활성화합니다. 레이저를 앞뒤로 토글하면 로봇이 걷습니다.

육안으로보기에는 너무 작아서이 그림은 로봇의 구성 요소를 보여줍니다. 몸통과 뇌 역할을하는 회로 기판, 관절이있는 다리 역할을하는 단단한 패널이있는 백금 스트립, 레이저. 이미지 크레딧 : Penn Engineering / Cornell

이 로봇은 현재 초당 30 미크론의 최고 속도로 스 케이터링을 할 수 있지만 여전히 상당히 느리지 만 연구원들은 그들의 걸음 걸이가 생물학적 미생물의보다 효율적인 움직임을 모방하도록 최적화 될 수 있다고 믿습니다.

“이 로봇은 기능면에서 원시적이지만 빠르지는 않지만 계산 능력이 많지 않습니다. 우리가 로봇을 만들 때 만든 모든 혁신은 이러한 로봇을 스마트하게 만드는 문을 열어줍니다. 빠르고 대량 생산이 가능합니다.”라고 Cohen은 말합니다. "이것은 정말 작은 로봇에서 전자 통합을 할 수있는 활을 가로 지르는 첫 번째 장면입니다."

연구자들이 현미경 로봇에 더 많은 능력을 부여함에 따라 그들은 잎에 앉아 농업 해충과 싸우거나 혈류를 순환하여 감염이나 암 세포를 감지하는 것과 같은 생물학적 맥락에서 응용할 수 있다고 상상했습니다.

Miskin은“컴퓨터는 점점 더 좋아지고, 더 저렴 해지고, 작아지면서 세상을 바꿨습니다. "로보틱스로 똑같은 일을 시작할 수있을 때 어떤 일이 일어나는지 보는 것은 정말 흥미로울 것입니다."

출처 : 펜실베니아 대학교

https://www.technology.org/2020/09/02/penn-engineering-and-cornell-researchers-develop-laser-controlled-cell-sized-robots/