Овие уреди, познати како MARS (Microscopic Autonomous Robotic System), претставуваат нов врв во инженерството бидејќи успеваат да го решат најголемиот предизвик кај микро-машините: како да се вгради „мозок“ во нешто што едвај се гледа со голо око.
Еве подетални информации за оваа технологија:
Како функционираат?
За разлика од претходните микро-роботи кои мораа да бидат управувани со надворешни магнети или ласери, овие нови роботи се целосно автономни благодарение на:
- CMOS технологија: Инженерите користеле иста технологија со која се прават компјутерските чипови. На површина помала од 0,1 милиметар квадрат, тие успеале да вградат околу 1.000 транзистори.
- Соларно напојување: На нивниот грб има минијатурни фотоволтаични ќелии кои ја претвораат светлината во електрична енергија.
- Електрохемиски нозе: Нивните „екстремитети“ се направени од ултра-тенки слоеви платина кои се свиткуваат кога низ нив ќе помине струја, овозможувајќи му на роботот да „чекори“.
Потенцијална примена
Иако моментално се во фаза на лабораториско тестирање, визијата за нивната употреба е фасцинантна:
- Медицина (Целна терапија): Наместо да пиете лек кој циркулира низ целото тело, армија од вакви роботи би можела да го „достави“ лекот директно до канцерогена клетка или да исчисти наслаги во артериите.
- Екологија: Чистење на микропластика од водата или детекција на токсични материи во околината.
- Индустрија: Поправка на микроскопски пукнатини во материјали каде што човечка рака или стандардна машина не може да пристапи.
Ова е првпат научниците да успеат да спојат електроника со висока густина (компјутерска моќ) со актуатори (делови за движење) на толку мало ниво. Тоа значи дека веќе не зборуваме само за „честички“, туку за вистински роботи кои можат да ги препознаат бактериите, да реагираат на промени во хемискиот состав и да извршуваат логички операции.
Механизмот на движење кај овие роботи е можеби најгенијалниот дел од нивниот дизајн, бидејќи на таа големина не можат да се користат класични мотори, запченици или батерии.
Еве како инженерите од Корнел го решија овој проблем:
1. „Мозокот“ (CMOS коло)
На врвот на роботот се наоѓаат минијатурни силиконски фотоволтаични ќелии (сончеви панели). Кога ласер или силен извор на светлина ќе ги погоди овие панели, тие создаваат електричен напон. Овој напон го напојува CMOS колото (системот од транзистори), кое испраќа електрични импулси до нозете во одреден ритам.
2. Електрохемиски актуатори (Нозете)
Наместо мускули, роботот користи актуатори од површински напон. Тие се направени од:
- Слој од платина дебел само неколку нанометри.
- Слој од инертен титаниум или графен (од едната страна).
Процесот на чекорење изгледа вака:
- Кога CMOS колото ќе прати позитивен електричен полнеж до платината, негативните јони од околната течност се лепат за нејзината површина.
- Оваа хемиска реакција предизвикува платината да се прошири (растегне), додека другиот слој останува ист.
- Поради таа разлика, ногата се свиткува.
- Кога напонот ќе се исклучи, јоните се ослободуваат и ногата се исправа.
Со наизменично стимулирање на предните и задните нозе, роботот буквално „лази“ или чекори низ течноста.
Динамика на движењето
Бидејќи се толку мали, овие роботи не се борат со гравитацијата, туку со вискозноста на течноста. За нив, водата се чувствува густа како мед.
Претходните генерации микро-роботи беа „пасивни“ – ако ги тргнете магнетите или ласерот, тие запираа. Овие нови роботи имаат сопствена логика. Тие можат да бидат програмирани да одат напред 10 чекори, да го „почувствуваат“ присуството на одредена хемикалија со помош на вградени сензори и потоа да го променат правецот.
клучот за ниската цена лежи во фактот што овие роботи не се склопуваат еден по еден со „раце“ или клешти, туку се „печатат“ исто како компјутерските процесори.
Инженерите користат процес наречен фотолитографија, што овозможува масовно и паралелно производство. Еве како тоа влијае на цената и капацитетот:
1. Еден „вафер“ – милион роботи
На само една стандардна силиконска плочка (wafer) со дијаметар од околу 10 сантиметри, научниците успеваат да сместат над еден милион вакви роботи.
- Целиот процес на производство за сите милион роботи се одвива истовремено.
- Тоа значи дека времето и енергијата потребни за еден робот се практично занемарливи кога ќе се поделат со вкупната бројка.
2. Компатибилност со постоечка технологија
Овие роботи се направени со стандардна CMOS технологија, која веќе 50 години се користи за производство на чипови за телефони и лаптопи.
- Ова значи дека не мора да се градат нови, скапи фабрики.
- Постоечките фабрики за микрочипови веќе го имаат потребниот прецизен алат за нивно производство.
3. „Ослободување“ со еден потег
Откако ќе се отпечатат слоевите од силикон, платина и титаниум, милион роботите сè уште се „залепени“ за плочката.
- На крајот, плочката се става во специјален раствор кој го раствора потпорниот слој.
- Резултатот е „супа“ од милион функционални роботи кои се подготвени да почнат со движење штом ќе бидат изложени на светлина.
Зошто е важна оваа ниска цена?
Ниската цена овозможува користење на т.н. „роботски роеви“ (swarms). Наместо да се потпираме на еден скап и комплициран робот, можеме да пуштиме 100.000 евтини роботи да извршат задача:
- Во медицината: Ако неколку илјади се изгубат или престанат да работат во крвотокот, тоа не е финансиска загуба, а задачата (на пр. уништување тумор) сепак ќе биде завршена од останатите.
- За чистење на природата: Можат да се распрскаат во езера за да собираат токсини, каде што собирањето на секој поединечен робот би било невозможно.
- Следење на мозочната активност: Да „слушаат“ како комуницираат невроните.
- Стимулација на клетки: Да делуваат како минијатурни пејсмејкери за поединечни мускулни или нервни клетки кои се оштетени.
- Детектира специфични протеини кои ги лачат само канцерогените клетки.
- Го мери нивото на гликоза во крвта во реално време, без потреба од боцкање.
- Пронајде извори на загадување (тешки метали) во водата.
- Инјектирање: Докторот инјектира раствор со 100.000 роботи во крвотокот на пациентот.
- Детекција: Роботите се програмирани да бараат клетки со специфичен хемиски потпис (на пример, тумор).
- Акција: Кога роботот ќе ја пронајде клетката, тој може да го испушти лекот што го носи со себе или да испрати сигнал (преку флуоресценција) за да ја означи локацијата за хирургот.
- Елиминација: Откако ќе ја завршат работата, роботите се направени од материјали кои телото може безбедно да ги исфрли или се биоразградливи.
- Комуникација: Како роботот да му „каже“ на докторот што нашол додека е длабоко во телото? (Се истражуваат ултразвучни сигнали).
- Движење низ ткиво: Во крвта е лесно да се плива, но движењето низ густи ткива бара многу посилни „мускули“.
- Прислушување: Илјадници микро-роботи распрскани во една просторија би можеле да дејствуваат како мрежа од микрофони.
- Следење без согласност: Некој би можел да биде „заразен“ со овие роботи без да знае, овозможувајќи следење на неговото движење или здравствена состојба во реално време.
- Селективни напади: Теоретски, робот би можел да биде програмиран да препознае специфичен ДНК потпис или генетска карактеристика и да нападне само одредена група луѓе или поединец.
- Прецизно труење: Тие можат да поминат низ крвно-мозочната бариера и да испуштат токсини директно во мозокот, што би било невозможно да се открие при стандардна обдукција.
- Постои теоретски страв наречен „Сива каша“ (Gray Goo) – сценарио во кое нано-роботите по грешка во програмирањето почнуваат да ја консумираат целата органска материја на Земјата за да создадат повеќе копии од самите себе.
- Дури и ако не се реплицираат, милиони пластични или метални микро-роботи во природата би претставувале нов вид на „паметно“ загадување кое тешко се чисти.
- Што ако некој го хакира сигналот додека роботите се во вашето тело?
- Може ли напаѓач да преземе контрола врз медицинските роботи кои треба да ви го чуваат срцето или да ви даваат инсулин?
Дали придобивката (лекување рак без хемотерапија) е поголема од ризикот (губење на приватноста)? Историјата нè учи дека секоја технологија е „нож со две острици“ – сè зависи од тоа во чии раце ќе се најде „рачката“.
Употребата на оваа технологија во воени цели (позната како Nanoweapons или Micro-swarms) целосно би ги променила правилата на војувањето. Наместо големи тенкови и авиони, фокусот би се префрлил на невидливост, прецизност и дејствување одвнатре.
Еве неколку сценарија како воените стратези ја замислуваат нивната примена:
1. Невидливо извидување и шпионажа
Ова е најверојатната прва примена. Милиони микро-роботи можат да бидат исфрлени од авион или вметнати преку вентилациони системи.
- Мрежно набљудување: Роботите можат да се залепат за ѕидови, мебел или униформи и да формираат мрежа која пренесува звук, слика (преку микро-сензори) или термални потписи.
- Детекција на движење: Можат да служат како „паметни мини“ кои не експлодираат, туку само јавуваат кога непријателска единица поминува низ одредена територија.
2. Саботажа на висока технологија
Бидејќи овие роботи се направени од спроводливи материјали, тие можат да се користат за уништување на непријателската електроника без испукан куршум.
- Кратки споеви: Рој од микро-роботи може да навлезе во сервери, радарски системи или мотори на авиони и да предизвика прецизни дефекти кои изгледаат како „случајна“ дефектност.
- Контаминација на гориво: Можат да бидат програмирани да ја менуваат хемиската структура на горивото во резервоарите, оневозможувајќи ја тешката артилерија.
3. Биолошко и хемиско војување од нов тип
Ова е најмрачниот аспект. Традиционалните биолошки оружја се непредвидливи (ветар може да ги сврти кон вас), но паметните микро-роботи имаат насока.
- Целна елиминација: Робот може да биде програмиран да се активира само кога ќе дојде во допир со специфична храна, вода или лекови кои ги користи само одредена цел.
- Невро-војна: Микро-роботи кои можат да влијаат на нервниот систем на војниците, предизвикувајќи конфузија, замор или привремена парализа, со што би се онеспособила цела војска без смртоносни жртви.
4. Паметни куршуми и експлозиви
Иако сами по себе се мали, тие можат да бидат „мозокот“ на нови оружја.
- Микро-експлозиви: Роботот не мора да биде голем ако е прецизен. Доволно е да навлезе во окото или увото на метата за да предизвика фатална повреда со минимална количина експлозив.
Концептот „Сива каша“ во војната
Во воен контекст, постои страв од т.н. „неконтролирана саботажа“. Ако роботите се програмирани сами да се реплицираат користејќи ресурси од околината (на пример, железо од тенковите), а програмата излезе од контрола, тие би можеле да продолжат да „јадат“ сè пред себе, претворајќи ги градовите во прашина.
Еве ги главните методи за елиминација што се разгледуваат како алтернатива на деструктивните бомби:
1. Електромагнетен импулс (EMP)
Ова е најефикасното решение за уништување на секаква електроника на голема површина.
- Како работи: EMP создава огромен бран на електромагнетна енергија кој ги „пржи“ микроскопските транзистори во CMOS колото на роботот.
- Предност: Ги онеспособува сите роботи во радиус од неколку километри во дел од секундата.
- Мана: Ги уништува и сите цивилни уреди (телефони, болничка опрема, електрична мрежа), што би значело враќање на општеството во „камено доба“.
2. Високо-енергетски микробранови (HPM)
За разлика од EMP, овие „зраци“ можат да бидат насочени како рефлектор.
- Како работи: Специјални антени насочуваат сноп микробранови кон облакот од роботи. Тие предизвикуваат прегревање на нивните минијатурни кола, по што тие едноставно престануваат да работат.
- Предност: Може да се користи прецизно врз одредена зграда или воена база без да се уништи целата електроника во градот.
3. „Електрични мрежи“ и јонизација на воздухот
Бидејќи овие роботи се исклучително лесни, тие се подложни на статички електрицитет.
- Како работи: Создавање на силно електрично поле околу важен објект. Штом микро-роботот ќе влезе во полето, тој би бил привлечен од „паметна стапица“ или неговите електрохемиски нозе би се блокирале поради преголемиот полнеж во околината.
4. Биолошки и хемиски „Противотров“
Ако роботите се направени од специфични полимери или метали, одбраната може да користи:
- Корозивни спрејови: Хемикалии кои за неколку минути ја кородираат платината или силиконот на кој се засноваат роботите.
- Контра-роботи (Nano-interceptors): Сценарио каде „добри“ роботи се програмирани да ги ловат и уништуваат „лошите“ роботи – еден вид вештачки имунолошки систем на ниво на град.
Проблемот со „Нуклеарната опција“
Нуклеарната бомба навистина генерира огромен EMP бран, но таа е „последно решение“ поради радијацијата и физичкото уништување. Воените експерти сметаат дека неутронските бомби би биле поефикасни против микро-технологија, бидејќи тие емитуваат огромно количество зрачење што ги оштетува молекуларните структури на чиповите, а предизвикуваат помала физичка експлозија.
Дали е можна целосна елиминација?
Најголемиот страв е дека дури и со EMP зраци, неколку роботи би можеле да преживеат во „сенка“ (зад дебели метални ѕидови или во внатрешноста на човечкото тело), каде што зраците не продираат. Тоа значи дека војната на иднината би била постојана игра на „мачка и глушец“ на микроскопско ниво.
Интересен факт: Иако еден робот чини помалку од еден цент, неговиот развој и опремата потребна за негово дизајнирање чинеле милиони долари – но во индустријата, штом дизајнот е готов, масовното производство е неверојатно евтино.
Иднината на овие микро-роботи лежи во нивната способност не само да се движат, туку и да го чувствуваат светот околу себе. Бидејќи се изградени на иста основа како компјутерските чипови, научниците можат да додадат различни „модули“ во нивниот дизајн.
Еве какви функции (сензори) веќе се тестираат или планираат:
1. Сензори за напон и електрични сигнали
Бидејќи нервните клетки во нашето тело комуницираат преку електрични импулси, овие роботи би можеле да се користат за:
2. Хемиски сензори (Хеморецептори)
Ова е најважниот дел за медицината. Роботот може да биде програмиран да:
3. Термални сензори
Воспалителните процеси во телото често се придружени со микроскопско зголемување на температурата. Роботите би можеле да бидат „програмирани“ да се движат кон потоплите предели во телото за да го лоцираат жариштето на инфекцијата.
Како би изгледала една „мисија“ во телото?
Замислете го следново сценарио:
Предизвици што треба да се решат
Иако технологијата е фасцинантна, научниците сè уште работат на две главни пречки:
Кога имате нешто што е невидливо за окото, а има „мозок“ и може да пренесува информации, се отвараат неколку опасни поглавја:
1. Нарушување на приватноста (Микро-шпионажа)
Ова е најочигледната закана. Ако роботите се евтини и тешки за откривање, тие би можеле да се користат за:
2. Биолошко оружје и „Паметни“ токсини
Наместо да лекуваат, овие роботи можат да бидат програмирани да штетат.
3. Еколошки хаос
Што ако овие роботи почнат неконтролирано да се реплицираат или ако не се биоразградливи?
4. Хакирање на телото (Bio-hacking)
Ако овие роботи примаат команди преку надворешни сигнали (светлина, радио бранови), постои ризик:
Можноста за саморепродукција (способноста на роботот да прави копии од самиот себе) е тема која се наоѓа на границата помеѓу теоретската физика и научната фантастика. Иако звучи застрашувачки, реалноста е многу покомплексна.
Во науката, овој концепт е познат како „Машини на Фон Нојман“. Еве колку е тоа реално денес и во блиска иднина:
1. Моментална состојба: Речиси невозможно
Со сегашната технологија (како овие роботи од Корнел), саморепродукцијата е невозможна од неколку причини:
- Комплексност на производството: Како што спомнавме, овие роботи се прават во милионски вредни фабрики со помош на екстремно прецизни ласери и хемиски процеси. Еден микро-робот нема своја „фабрика“ во себе за да може да излие платина или да гравира силикон.
- Недостаток на материјали: За да направи копија, роботот би морал да најде чист силикон, платина и титаниум во својата околина. Во природата или во човечкото тело, овие елементи не се наоѓаат во „слободна“ форма подготвена за градба.
2. Биолошки пат (Хибридни роботи)
Најреалната шанса за саморепродукција не лежи во металот, туку во биологијата.
- Веќе постојат т.н. Ксеноботи (Xenobots) – микро-роботи направени од живи клетки на жаба.
- Во 2021 година, научниците открија дека овие ксеноботи можат да собираат слободни матични клетки во нивната околина и да ги „состават“ во нови мали ксеноботи кои стануваат функционални.
- Ова не е класично „производство“, туку повеќе личи на биолошко размножување поттикнато од вештачки дизајн.
3. Теоретска иднина: Нано-склопувачи (Assemblers)
Визионерите како Ерик Дрекслер предвидуваат дека еден ден ќе имаме молекуларни асемблери – роботи со големина на молекула кои можат да ги прередуваат атомите.
- Ако таков робот може да го земе јаглеродот од прашината и да го претвори во друг робот, тогаш саморепродукцијата станува реална.
- Но, за ова е потребна огромна компјутерска моќ и енергија која во моментов не можеме да ја сместиме во толку мал простор.
Главните пречки (Зошто сè уште сме безбедни)
За еден систем да се саморепродуцира, мора да реши три проблеми:
- Проблем со грешки (Мутација): При секое копирање се јавуваат грешки. Кај роботите, една грешка во кодот значи дека „детето-робот“ ќе биде бескорисно парче метал.
- Проблем со енергија: Процесот на градење нешто од нула бара огромна енергија. Роботот би морал буквално да „јаде“ за да може да гради.
- Контрола: Без надворешен софтвер кој го води процесот, саморепродукцијата брзо би запрела поради недостаток на ресурси.
Колку е реална „Сивата каша“ (Gray Goo)?
Иако е популарна во филмовите, повеќето научници сметаат дека сценариото каде нано-роботите ја јадат планетата е малку веројатно. Биологијата (бактериите) веќе се обидува да го прави тоа милијарди години, но природата има механизми за баланс (ограничени ресурси, предатори, болести). Нано-роботите би се соочиле со истите закони на физиката.
0 Comments:
Post a Comment