Esses são os menores robôs autônomos do mundo.

Engenheiros da Universidade da Pensilvânia e da Universidade de Michigan desenvolveram os menores robôs programáveis ​​e autônomos do mundo: micromáquinas que podem nadar, responder a estímulos ambientais, operar por meses e custar apenas um centavo cada.

Projeto e características de microrrobôs

Os novos microrrobôs projetados por pesquisadores das Universidades da Pensilvânia e de Michigan representam um avanço tecnológico sem precedentes na robótica microscópica. Cada dispositivo mede cerca de 200 x 300 x 50 micrômetros , menor que um grão de sal. Apesar de sua escala extremamente pequena, esses robôs integram um computador programável, sensores, um sistema de propulsão e uma fonte de alimentação autônoma .

Ao contrário das tecnologias anteriores que dependiam de campos magnéticos, conexões externas ou controles remotos, esses dispositivos são os primeiros a operar de forma autônoma e totalmente programável em escala submilimétrica. Cada robô é alimentado por uma fonte de luz, como um LED, e pode operar continuamente por meses.

Superando as barreiras físicas à robótica em microescala

Historicamente, a miniaturização da robótica tem encontrado limitações físicas significativas. A maioria das tecnologias robóticas estagnou na escala milimétrica devido à complexa dinâmica física que surge na escala microscópica. À medida que as dimensões se aproximam da de uma célula, as forças dominantes mudam : a gravidade e a inércia perdem importância, enquanto o atrito viscoso e a resistência superficial assumem o protagonismo.

A locomoção convencional baseada em membros mecânicos não é funcional nesses ambientes. Nessa escala, componentes como pernas e braços tornam-se frágeis e pouco confiáveis, tanto devido às dificuldades de fabricação quanto à incompatibilidade com a dinâmica de fluidos do microambiente. Isso exigiu o desenvolvimento de novos paradigmas de propulsão .

Sistemas de propulsão baseados em campos elétricos

O sistema de locomoção usado nos microrrobôs emprega um mecanismo completamente inovador. Em vez de empurrar fisicamente a água como os peixes, esses robôs geram campos elétricos localizados que deslocam íons no fluido circundante. Por sua vez, os íons empurram as moléculas de água, criando um fluxo que impulsiona o robô.

Essa estratégia permite que os robôs se movam mesmo em padrões ou formações complexas, atingindo velocidades de até um comprimento corporal completo por segundo . Como o sistema não possui partes móveis, garante alta durabilidade: os robôs podem ser transferidos entre diferentes ambientes usando micropipetas sem sofrer danos.

Integração eletrônica em escala submilimétrica

A integração eletrônica foi possível graças às tecnologias desenvolvidas pela equipe do Professor David Blaauw na Universidade de Michigan. Este grupo detém o recorde do menor computador do mundo . A colaboração com o grupo de Marc Miskin na Universidade da Pensilvânia combinou conhecimentos em propulsão microscópica e microeletrônica de ultrabaixo consumo.

A energia disponível para cada robô, fornecida por microcélulas solares, é extremamente limitada: apenas 75 nanowatts , um valor mais de 100.000 vezes menor que o de um smartwatch. Para operar nessas condições, foram projetados circuitos eletrônicos capazes de funcionar com tensões extremamente baixas e com consumo reduzido em mais de 1.000 vezes em comparação com os circuitos padrão.

O espaço ocupado pelos painéis solares impõe severas restrições de tamanho à lógica computacional. O processador e a memória devem ocupar frações mínimas da área disponível, exigindo um replanejamento completo das instruções do software . A equipe criou uma nova arquitetura na qual operações complexas, como a regulação da propulsão, são condensadas em comandos únicos e otimizados.

Habilidades Sensoriais e Programação Comportamental

Graças à eletrônica integrada, os microrrobôs são capazes de detectar, processar e responder a estímulos ambientais . Sensores embutidos medem a temperatura com uma precisão de um terço de grau Celsius, permitindo que os robôs naveguem em direção a fontes de calor ou coletem dados térmicos, que podem ser usados ​​para monitorar a atividade celular ou anormalidades nos tecidos.

Outra inovação reside no método de transmissão de dados: os robôs comunicam-se através de sequências de movimentos codificados , que funcionam como uma espécie de linguagem. Essas "danças" podem ser observadas ao microscópio para decifrar os valores detectados, uma estratégia comparável à comunicação das abelhas através da dança das abelhas.

Cada robô pode ser programado por meio de pulsos de luz, que também servem como fonte de energia. O sistema fornece endereços únicos para cada dispositivo , permitindo a programação diferenciada em larga escala. Isso abre a possibilidade de usar enxames de robôs cooperativos, cada um com uma tarefa específica dentro de uma rede operacional distribuída.

Processo de produção e escalabilidade

O método de fabricação desenvolvido permite a produção em massa de centenas de robôs por wafer individual . Após a integração eletrônica, os dispositivos podem ser destacados e programados individualmente ou em conjunto.

A estrutura modular do projeto permite extrema flexibilidade: o sistema de propulsão é compatível com diferentes configurações eletrônicas, os componentes podem ser fabricados utilizando tecnologias de baixo custo e a arquitetura do software permite a adição de novas funcionalidades sem a necessidade de redesenhar todo o robô.

O projeto foi concebido como uma plataforma tecnológica escalável : sensores avançados podem ser integrados, a capacidade de memória pode ser expandida, a velocidade de movimento pode ser melhorada ou os componentes eletrônicos podem ser adaptados a condições operacionais complexas, incluindo ambientes biológicos ou industriais.

Aplicações potenciais e implicações futuras

As implicações dessa tecnologia são significativas. O nível de integração alcançado abre caminho para microrrobôs capazes de:

• Monitore parâmetros celulares em tempo real, o que é útil nas áreas médica e de diagnóstico;
• Participar em processos de fabricação em microescala para a montagem de circuitos ou componentes nanotecnológicos;

A autonomia operacional e a capacidade de tomada de decisões locais tornam esses dispositivos candidatos ideais para intervenções minimamente invasivas no corpo humano , como a administração localizada de medicamentos ou a análise de biomarcadores intracelulares. Em ambientes industriais, eles podem ser usados ​​para inspeção ou controle de qualidade em locais hostis ou de difícil acesso.

Colaboração e apoio institucional

O desenvolvimento dos microrrobôs é uma colaboração entre o Departamento de Engenharia Elétrica e de Sistemas da Universidade da Pensilvânia e o Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade de Michigan. Os projetos receberam apoio de diversas agências de pesquisa, incluindo:

• Fundação Nacional de Ciência (NSF)
• Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea (AFOSR)
• Escritório de Pesquisa do Exército (ARO)
• Fundação Packard e Fundação Sloan
• Programa Nacional de Infraestrutura Coordenada de Nanotecnologia (NNCI)

Diversos pesquisadores contribuíram para o projeto, incluindo Maya M. Lassiter, Kyle Skelil, Lucas C. Hanson, Scott Shrager, William H. Reinhardt, Tarunyaa Sivakumar e Mark Yim, da Universidade da Pensilvânia, e Dennis Sylvester, Li Xu e Jungho Lee, da Universidade de Michigan.

Uma plataforma para a evolução da robótica miniaturizada

A integração de cérebro, sensores e propulsão em um robô submilimétrico representa um ponto de virada na história da robótica. O sistema desenvolvido fornece uma base tecnológica sólida sobre a qual se podem construir novos níveis de complexidade. Cada elemento — do motor iônico à computação otimizada — foi projetado para funcionar sinergicamente e abrir novos caminhos de desenvolvimento.

Com um custo unitário muito baixo, capacidade operacional de longo prazo e versatilidade de aplicação, esses microrrobôs representam um marco na miniaturização tecnológica . Seu uso futuro poderá transformar radicalmente a medicina de precisão, a microfabricação e as tecnologias distribuídas em larga escala.

O artigo "Estes são os menores robôs autônomos do mundo" foi escrito em: Tech | CUENEWS .