Cientistas Enfiaram um Computador Dentro de um Robô do Tamanho de um Grão de Sal

Resumidamente

• Pesquisadores criaram robôs autônomos do tamanho de um grão de sal que nadam, detectam temperatura e operam de forma independente por meses.
• Os robôs usam campos elétricos em vez de partes móveis.
• São os primeiros robôs sub-milimétricos com computadores integrados, custando um centavo cada para fabricar.

Os pesquisadores acabaram de reduzir robôs autônomos ao tamanho de uma partícula de poeira. E os robôs podem pensar—mais ou menos. Uma equipe da Universidade da Pensilvânia e da Universidade de Michigan construiu máquinas microscópicas—200 por 300 por 50 micrômetros, do tamanho de um grão de sal—que nadam através de líquidos, detectam mudanças de temperatura, tomam decisões por conta própria e operam por meses a fio. Cada um custa cerca de um centavo para produzir. Estes pequenos robôs são totalmente autônomos. Sem fios, sem campos magnéticos, sem joystick externo. Apenas um computador minúsculo, sensores e um sistema de propulsão encaixados em algo quase invisível a olho nu. 

“Fizemos robôs autônomos 10.000 vezes menores,” disse Marc Miskin, professor assistente na Penn Engineering, ao Science Daily. “Isso abre uma escala completamente nova para robôs programáveis.” A descoberta resolve um problema que tem intrigado a robótica há 40 anos: como construir máquinas que operem de forma independente abaixo de um milímetro. Os componentes eletrônicos continuam a encolher, mas os robôs não acompanharam. A física nessa escala é brutal—Miskin explicou que empurrar água parece empurrar mel, e braços ou pernas minúsculos simplesmente se quebram. Por isso, a equipe descartou completamente os designs convencionais. Em vez de dobrar ou flexionar membros, esses robôs geram um campo elétrico que empurra partículas carregadas na água ao redor. Essas íons arrastam moléculas de água com eles, criando movimento.

Uma projeção de timelapse das trajetórias de partículas rastreadoras próximas a um robô composto por três motores ligados. (Crédito: Lucas Hanson e William Reinhardt, Universidade da Pensilvânia)

Essa abordagem funciona porque não possui partes móveis. Os eletrodos são duráveis o suficiente para serem transferidos repetidamente entre amostras com uma micropipeta sem danos. Alimentados por luz LED, continuam nadando por meses.

Os minúsculos painéis solares que alimentam esses robôs produzem apenas 75 nanowatts. Para fazer funcionar, Michigan projetou circuitos que operam com voltagens extremamente baixas, reduzindo o consumo em mais de 1.000 vezes. Também tiveram que repensar completamente como o software funciona, condensando o que normalmente exigiria muitas instruções em comandos únicos e especializados que cabem na memória microscópica. O resultado: o primeiro robô sub-milimétrico com um computador completo. Processador, memória, sensores—todo o pacote. Ninguém tinha feito isso antes nessa escala.

Um microrobô, totalmente integrado com sensores e um computador, pequeno o suficiente para equilibrar na crista de uma impressão digital. Crédito: Marc Miskin, Universidade da Pensilvânia (Inseto: Um microrobô numa moeda de um centavo dos EUA, mostrando escala. Crédito: Michael Simari, Universidade de Michigan)

Estes robôs podem detectar temperatura com uma precisão de um terço de grau Celsius—seis décimos de grau Fahrenheit para os amantes do sistema imperial. Eles podem mover-se em direção a regiões mais quentes ou relatar valores de temperatura que servem como proxies para atividade celular—potencialmente monitorando células individuais. Para comunicar suas medições, os pesquisadores criaram uma instrução especial que codifica dados nos “movimentos” de uma pequena dança que o robô realiza. Cientistas observam através de um microscópio e decodificam a mensagem. É como a comunicação das abelhas, disse o Professor de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade de Michigan, David Blaauw. Os robôs são programados por pulsos de luz que também os alimentam. Cada um tem um endereço único, permitindo aos pesquisadores carregar programas diferentes em unidades distintas. Podem trabalhar de forma independente ou coordenada em grupos, movendo-se em padrões como cardumes de peixes, a velocidades de até uma comprimento de corpo por segundo. Versões futuras poderão armazenar programas mais complexos, integrar novos sensores ou operar em ambientes mais adversos. O design atual é uma plataforma—seu sistema de propulsão funciona com eletrônicos que podem ser fabricados de forma barata em grande escala. “Isso é realmente apenas o primeiro capítulo,” disse Miskin. “Mostramos que é possível colocar um cérebro, um sensor e um motor em algo quase invisível, e fazê-lo sobreviver e funcionar por meses.” “Depois de ter essa base,” acrescentou, “você pode acrescentar todo tipo de inteligência e funcionalidade.”