Εάν οι δυνατότητες ενός μόνο ρομπότ μπορούν να μας εκπλήξουν, φανταστείτε τι είναι δυνατόν να συμβεί όταν δρουν συλλογικά ολόκληρα ρομποτικά σμήνη. Μια τέτοια περίπτωση, αποτελεί και το νέο τεχνολογικό επίτευγμα του Ινστιτούτου Μαξ Πλανκ στη Στουτγάρδη. Επιστήμονες του Ινστιτούτου (MPI-IS) σε συνεργασία με ερευνητές από τα αμερικανικά Πανεπιστήμια Κορνέλ και Μίσιγκαν, παρουσίασαν μια μοναδική ρομποτική τεχνολογία η οποία βασίζεται σε ομάδες μαγνητικών μικρορομπότ που μετακινούν αντικείμενα χωρίς φυσική επαφή, αξιοποιώντας την υδροδυναμική. Η καινοτομία ανοίγει νέους δρόμους τόσο για τη Μηχανική σε μικροκλίμακα όσο και για τη Βιοϊατρική.
Οπως το κουτάλι που ανακατεύει τον καφέ
Οπως περιγράφεται στη σχετική δημοσίευση στο «Science Advances», η τεχνολογία λειτουργεί σε υγρό περιβάλλον και στηρίζεται στη συλλογική κίνηση πολλών μικροσκοπικών ρομπότ. Τα μικρορομπότ είναι κατασκευασμένα από μαγνητικά υλικά, γεγονός που τους επιτρέπει να ανταποκρίνονται σε εξωτερικά μαγνητικά πεδία, τα οποία ελέγχονται από τους επιστήμονες. Καθοδηγούμενα από τον μαγνητισμό κινούνται και περιστρέφονται μέσα στο υγρό. Η κίνησή τους δημιουργεί στροβιλισμούς στο υγρό γύρω τους… περίπου όπως το κουτάλι όταν ανακατεύουμε τον καφέ μας στο φλιτζάνι.
Αυτές οι ροές λειτουργούν σαν «αόρατα χέρια», ασκώντας δύναμη σε αντικείμενα που βρίσκονται μέσα στο ίδιο υγρό, επιτρέποντας στα μικρορομπότ να τα περιστρέφουν, να τα μετακινούν ή να τα συναρμολογούν χωρίς να τα ακουμπούν. Οταν πολλά ρομπότ συνεργάζονται ως σμήνος, οι δυνάμεις τους συνδυάζονται και μπορούν να χειριστούν αντικείμενα πολύ μεγαλύτερα από τα ίδια, με μεγάλη ακρίβεια και έλεγχο. Οπως αναφέρει ο Γκάουραβ Γκάρντι, ένας από τους κύριους συγγραφείς της μελέτης, «η ροπή που δημιουργείται στο υγρό προσφέρει έναν εντελώς νέο τρόπο για τον χειρισμό ευαίσθητων αντικειμένων μεγέθους λίγων χιλιοστών». Ωστόσο, η τεχνολογία δεν περιορίζεται στον χειρισμό μικροσκοπικών αντικειμένων. Αντιθέτως, τα μικρορομπότ κατάφεραν να ασκήσουν μηχανική δύναμη σε αντικείμενα έως και δεκάδες χιλιάδες φορές βαρύτερα από τα ίδια, χωρίς να τα αγγίξουν άμεσα, αξιοποιώντας αποκλειστικά τη ροπή που παρείχαν οι στροβιλισμοί του υγρού.
Πλήρως ελεγχόμενη λειτουργία
Ρυθμίζοντας με ακρίβεια παραμέτρους όπως ο αριθμός των ρομπότ, ο ρυθμός περιστροφής και η χωρική τους διάταξη, τα μικροσκοπικά σμήνη μπορούν συλλογικά να περιστρέφουν, να συναρμολογούν, να μετακινούν και να αναδιοργανώνουν αντικείμενα πολύ μεγαλύτερα από τα ίδια. Ο έλεγχος αυτών των ιδιοτήτων επιτρέπει τον ακριβή προγραμματισμό τόσο της κατεύθυνσης όσο και της ταχύτητας κίνησης των αντικειμένων. Τα σμήνη είναι σε θέση να περιστρέφουν γρανάζια προς την ίδια ή την αντίθετη κατεύθυνση, να μετακινούν μεγάλα αντικείμενα και να συναρμολογούν μικροσκοπικές δομές, προσαρμόζοντας τη δράση τους ανάλογα με το περιβάλλον και τις απαιτήσεις της κάθε εργασίας. Σε αντίθεση με τις γνωστές ρομποτικές τεχνολογίες που αξιοποιούν την άμεση επαφή ρομπότ και αντικειμένου η νέα τεχνολογία παρέχει έναν ανέπαφο, προγραμματιζόμενο και κλιμακούμενο τρόπο απομακρυσμένου ελέγχου. Η μέθοδος μειώνει, μεταξύ άλλων, τον κίνδυνο φθοράς ευαίσθητων δομών και επιτρέπει την ταυτόχρονη διαχείριση πολλαπλών αντικειμένων με μεγάλη ακρίβεια.
Τα αποτελέσματα ανοίγουν τον δρόμο για εφαρμογές, όπως η κατασκευή μικροσυσκευών, η μεταφορά βιολογικών δειγμάτων ή ακόμη και η εκτέλεση στοχευμένων χειρισμών μέσα σε υγρά περιβάλλοντα, όπως το ανθρώπινο σώμα. Οπως επισημαίνει ο συγγραφέας της μελέτης Μετίν Σίτι, «κατανοώντας και ελέγχοντας τη ροπή του υγρού, ανοίγουμε τον δρόμο για προγραμματιζόμενα συστήματα μικρορομπότ ικανά να εκτελούν σύνθετες και συντονισμένες εργασίες, που μέχρι σήμερα ήταν αδύνατες».
