Các nhà nghiên cứu vừa thu nhỏ robot tự hành xuống kích thước của một hạt bụi. Và những robot này có thể suy nghĩ—ở một mức độ nào đó.
Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Pennsylvania và Đại học Michigan đã chế tạo những cỗ máy siêu nhỏ—kích thước 200 x 300 x 50 micromet, bằng kích thước một hạt muối—có khả năng bơi trong chất lỏng, cảm nhận sự thay đổi nhiệt độ, tự đưa ra quyết định và hoạt động liên tục trong nhiều tháng. Mỗi cỗ máy chỉ tốn khoảng một xu để sản xuất.
Những chú robot nhỏ bé này hoàn toàn tự động. Không dây dẫn, không từ trường, không cần cần điều khiển từ bên ngoài. Chỉ có một chiếc máy tính tí hon, các cảm biến và một hệ thống đẩy được gói gọn trong một thiết kế nhỏ đến mức gần như không thể nhìn thấy bằng mắt thường.
"Chúng tôi đã chế tạo robot tự hành nhỏ hơn 10.000 lần," Marc Miskin, trợ lý giáo sư tại Penn Engineering, nói với Science Daily . "Điều đó mở ra một quy mô hoàn toàn mới cho robot lập trình được."
Bước đột phá này giải quyết một vấn đề đã làm khó ngành robot học suốt 40 năm: làm thế nào để chế tạo những cỗ máy hoạt động độc lập ở kích thước dưới một milimét. Ngành điện tử liên tục thu nhỏ, nhưng robot thì không. Vật lý ở quy mô đó vô cùng khắc nghiệt—Miskin giải thích rằng việc đẩy xuyên qua nước giống như đẩy xuyên qua nhựa đường, và những cánh tay hoặc chân nhỏ xíu dễ dàng bị gãy.
Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã loại bỏ hoàn toàn các thiết kế truyền thống. Thay vì uốn cong hoặc gập các chi, những robot này tạo ra một trường điện từ đẩy các hạt tích điện trong chất lỏng xung quanh. Các ion đó kéo theo các phân tử nước, tạo ra chuyển động.
Phương pháp này hiệu quả vì nó không có bộ phận chuyển động. Các điện cực đủ bền để có thể được di chuyển nhiều lần giữa các mẫu bằng micropipette mà không bị hư hại. Được cấp năng lượng bằng đèn LED, chúng có thể hoạt động liên tục trong nhiều tháng.
Các tấm pin mặt trời siêu nhỏ cung cấp năng lượng cho những robot này chỉ sản xuất ra 75 nanowatt. Để làm được điều đó, Đại học Michigan đã thiết kế các mạch hoạt động ở điện áp cực thấp, giảm mức tiêu thụ hơn 1.000 lần. Họ cũng phải suy nghĩ lại hoàn toàn cách thức hoạt động của phần mềm, cô đọng những lệnh thường cần nhiều chỉ dẫn thành các lệnh chuyên dụng duy nhất phù hợp với bộ nhớ siêu nhỏ.
Kết quả: robot siêu nhỏ đầu tiên tích hợp máy tính hoàn chỉnh. Bộ xử lý, bộ nhớ, cảm biến – tất cả đều có trong hệ thống. Chưa ai từng làm được điều này ở quy mô này.
Những robot này có thể phát hiện nhiệt độ với độ chính xác đến một phần ba độ Celsius— sáu phần mười độ F đối với những người ưa thích hệ đo lường Anh. Chúng có thể di chuyển đến các vùng ấm hơn hoặc báo cáo các giá trị nhiệt độ đóng vai trò như chỉ số gián tiếp cho hoạt động của tế bào — tiềm năng giám sát từng tế bào riêng lẻ.
Để truyền đạt các phép đo của mình, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một chỉ dẫn đặc biệt mã hóa dữ liệu trong những "lắc lư" của một điệu nhảy nhỏ mà robot thực hiện. Các nhà khoa học quan sát qua kính hiển vi và giải mã thông điệp. Giáo sư David Blaauw thuộc Khoa Kỹ thuật Điện và Máy tính của Đại học Michigan cho biết: "Nó giống như cách ong mật giao tiếp".
Các robot được lập trình thông qua các xung ánh sáng, đồng thời cũng là nguồn năng lượng cung cấp cho chúng. Mỗi robot có một địa chỉ duy nhất, cho phép các nhà nghiên cứu tải các chương trình khác nhau lên các đơn vị khác nhau. Chúng có thể hoạt động độc lập hoặc phối hợp theo nhóm, di chuyển theo các mô hình giống như đàn cá với tốc độ lên đến một chiều dài cơ thể mỗi giây.
Các phiên bản tương lai có thể lưu trữ các chương trình phức tạp hơn, tích hợp các cảm biến mới hoặc hoạt động trong môi trường khắc nghiệt hơn. Thiết kế hiện tại là một nền tảng—hệ thống đẩy của nó hoạt động với các thiết bị điện tử có thể được sản xuất với chi phí thấp trên quy mô lớn.
"Đây thực sự chỉ là chương đầu tiên," Miskin nói. "Chúng tôi đã chứng minh rằng bạn có thể đặt một bộ não, một cảm biến và một động cơ vào một thứ gần như quá nhỏ để có thể nhìn thấy, và nó có thể tồn tại và hoạt động trong nhiều tháng."
Ông ấy nói thêm: "Một khi bạn đã có nền tảng đó, bạn có thể bổ sung thêm đủ loại trí thông minh và chức năng."
