Мир в масштабе микрона: будущее микрохирургии уже здесь

Исследователи создали микророботов microDelta размером менее полутора миллиметров, впервые экспериментально подтвердив, что уменьшение масштаба повышает скорость и точность работы. Этот шаг открывает новые горизонты для технологий, где крошечные механизмы могут превзойти ожидания в точности и эффективности.

История развития миниатюрной робототехники

Почти пятьдесят лет ученые экспериментировали с идеей уменьшения размеров роботов, предполагая, что это резко повысит их скорость и точность. Однако отсутствие технологий для создания сложных трехмерных механизмов в микромасштабе препятствовало проверке этой теории на практике. Сотрудники факультета машиностроения Университета Карнеги — Меллона разработали процесс, позволяющий преодолевать эти ограничения. Их работа основана на 3D-печати с использованием двухфотонной полимеризации, что устраняет необходимость сборки мини-робота по частям.

В качестве примера команда создала двух крошечных роботов microDelta, размером 1,4 и 0,7 миллиметра. Эти модели стали самыми маленькими и самыми быстрыми в своем классе благодаря интеграции с электростатическими приводами. Процесс изготовления включает нанесение тонкого слоя металла для обеспечения электропроводимости сложных геометрических форм. Такой подход не только упрощает производство, но и делает роботов более надежными в микромасштабе.

Технология и ключевые характеристики

Микророботы оснащены электростатическими приводами, что обеспечивает высокую пропускную способность и точность движений. Размер менее полутора миллиметров позволяет им двигаться с невероятной скоростью — больше 1000 раз в секунду — и с точностью меньше одного микрона. На испытаниях робот продемонстрировал мощность, достаточную для запуска крупинки соли, масса которой составила 7,4 процента от массы всего устройства. Это показывает, как уменьшение масштаба влияет на физические свойства, делая механизмы эффективнее в миниатюре.

В отличие от более крупных роботов, где скорость ограничивается инерцией, микророботы выигрывают от снижения массы и размеров. Технология металлизации после печати добавляет прочность и функциональность, позволяя работать в условиях, недоступных для макро-аналогов. Например, такие роботы могут манипулировать объектами на уровне микронов, что важно для прецизионных задач. Эксперименты подтверждают теоретические расчеты, где скорость растет пропорционально уменьшению размеров.

Применения и перспективы в различных областях

Производство таких микророботов открывает широкие возможности в микрохирургии, микроэлектронике и других сферах. Они могут использоваться для манипуляций с микросхемами или в медицинских процедурах, где требуется высокая точность без вмешательства человека. Большие массивы микророботов способны автоматизировать процессы, ранее невозможные из-за размеров. Это сравнимо с переходом от ручных инструментов к автоматизированным системам в промышленности, но в микромире.

В микроэлектронике роботы могут проверять и собирать компоненты с точностью, недостижимой для человека. В хирургии они потенциально помогут в операциях на клеточном уровне, снижая риски. Перспективы включают интеграцию с ИИ для автономной работы, что расширит их применение в исследованиях и производстве. Однако вызовы остаются в масштабировании производства и обеспечении надежности в реальных условиях.