Stel je voor: een programmeerbaar apparaat dat maandenlang autonoom kan navigeren in een vloeistof, en dat voor de prijs van een enkel muntje in je portemonnee. Klinkt dat als sciencefiction? Toch hebben onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania en Michigan zojuist de wereld van de microtechnologie op zijn kop gezet met de kleinste programmeerbare autonome robot ooit.
Dit is geen speelgoedrobot voor onder de microscoop; dit is een serieuze doorbraak in medische en industriële toepassingen. Het fascinerende is niet alleen hoe klein hij is (200 x 300 x 50 micrometer), maar hoe ze erin geslaagd zijn om er een werkend brein in te proppen. Als je dacht dat je smartphone indrukwekkend was qua miniaturisatie, dan heb je dit nog niet gezien.
Waarom dit meer is dan een hightech speeltje
Veel van ons kijken naar de nieuwste gadgets en denken: wat een onnodige complexiteit. Maar deze bot is anders. Hij is ontworpen om taken uit te voeren waar grotere machines onmogelijk bij kunnen komen. Denk aan het monitoren van de gezondheid van individuele cellen in een labopstelling.
Het hyperzuinige brein
Het grootste struikelblok bij het maken van zulke kleine apparaten is de stroomvoorziening. Zelfs een smartwatch verbruikt tienduizenden keren meer energie dan deze mier. De ingenieurs moesten de circuits van de al extreem kleine computer van professor Blaauw drastisch aanpassen.
- De robot gebruikt zonnecellen die slechts 75 nanowatt genereren.
- Het team slaagde erin het energieverbruik van de chip met een factor 1000 te verminderen.
- Door geheugenruimtegebrek moest de programmering radicaal worden ingekort.
Dit vraagt om een compleet nieuwe manier van denken. Waar wij gewend zijn aan honderden regels code, moest dit team één complexe aandrijvingsinstructie comprimeren tot één enkele, efficiënte aanwijzing die in de minuscule opslag paste. Dat is pas échte software-optimalisatie.
De navigatie: Dansen als een bij
Om zich in vloeistof — die voor zo’n minuscule robot voelt als teer — te bewegen, hebben ze mechanische pootjes vermeden. Die zouden te fragiel zijn op deze schaal.
Ionenstuwkracht: De stille motor
In plaats daarvan gebruiken ze een ionenmotor. Dit klinkt misschien ingewikkeld, maar het principe is verrassend elegant: de robot creëert een elektrisch veld dat de vloeistof om zich heen duwt, waardoor hij vooruit komt. Het is alsof de robot zijn eigen, zeer kleine, stroming genereert.
Wat mij het meest opviel, is hoe ze hun data verzamelen. De robot is uitgerust met temperatuursensoren die tot een derde van een graad nauwkeurig meten. Vervolgens ‘danst’ de robot op een manier die de gemeten temperatuur codeert – net zoals honingbijen hun ontdekkingen communiceren. Als wij in Nederland onze koelkasttemperatuur zouden moeten communiceren via een dansje, zouden we er vast geen prijs mee winnen.
Praktische hack: Hoe de robot jouw omgeving ‘leest’
Je kunt deze robots afzonderlijk programmeren via lichtpulsen, maar het echte potentieel zit in zwermen (swarms). De robots kunnen met elkaar communiceren om gezamenlijk een doel te bereiken. Hier is een praktische toepassing die je nu al kunt voorstellen:
Stap-voor-stap celonderzoek: Zet een groep van deze bots in een kweekschaaltje met cellen. Door ze te programmeren om te bewegen richting hogere temperaturen (een indicator voor stress of ziekte), kun je non-invasief de gezondheidsstatus van die cellen monitoren zonder traditionele, invasieve hulpmiddelen te gebruiken. Ze fungeren als een mobiele, levende meetsonde.
Onderzoekers zeggen dat dit slechts het begin is. De komende generaties zullen sneller zijn en complexere taken aankunnen. En dat alles kan met een vervaardigingskost van één US-cent. Het is verbazingwekkend wat er mogelijk wordt als je creatief omgaat met de wetten van de microscopische fysica.
Wat denk jij dat de eerste écht nuttige toepassing van zulke goedkope, autonome microbots in jouw dagelijks leven zou kunnen zijn—los van medisch onderzoek?
