Självläkande mikroboter: Medicin till militära tillämpningar

Ett team av ingenjörer vid Penn State har låst upp en enkel metod för att skapa och kontrollera svärmar av självläkande mikroboter. Vetenskapen hämtar inspiration från naturen och kombinerar den med enkla mikrobodesign som kan generera och registrera akustiska signaler. Detta tillvägagångssätt liknar hur bin och andra insekter använder ljudvågor för att organisera sig i stora grupper. Här är vad du behöver veta.

Vad är mikroboter och hur de fungerar

När den genomsnittliga personen tänker på robotar föreställer de sig ofta industriella och militära tillämpningar. Men ett växande antal av dessa enheter har hittat användning inom den medicinska och katastrofhjälpssektorn. Dessa enheter är ofta mycket mindre och kallas mikroroboter på grund av deras lilla storlek, som ofta är på nanoskalnivå. Många forskare föreställer sig dessutom en framtid där dessa små robotar arbetar tillsammans i svärmar för att utföra viktiga uppgifter.

Utmaningar vid utveckling av svärm-mikrobotteknik

Det finns flera problem som fortsätter att bromsa utvecklingen av mikroboter. En av de främsta begränsande faktorerna var storleken. Idag finns det dock flera sätt för ingenjörer och utvecklare att skapa dessa små och ofta komplexa maskiner.

Ett annat problem är att ta reda på hur man kontrollerar dessa mikroskopiska enheter. Tidigare var det primära sättet att använda någon form av kemisk kommunikationsmetod. Detta är den metod som många insekter och djur använder i naturen för att hitta och organisera sig, som myror. Det finns dock begränsningar med detta tillvägagångssätt.

Till exempel är kemisk signalering inte reversibel. När kemikalien har släppts är det omöjligt att återvinna den helt från miljön. Därför kan den endast användas när man samlar in eller riktar enheterna. Dessutom är kemiska signaler begränsade av avstånd och färdas mycket långsammare jämfört med andra former av kommunikation.

Aktiva materiesystem

Vetenskapen som förstår svärmmentalitet och strategier är ett forskningsområde som kallas aktiv materia. Specialister på aktiv materia ägnar år åt att studera mikroskopiska biologiska och syntetiska svärmar. Deras mål är att förstå hur dessa massiva grupper kan samordna sig för uppgifter som hotavisering och sökande efter resurser.

Akustisk kommunikation i naturliga svärmar

Ingenjörer inom aktiv materia har noterat att akustisk signalering länge har använts av fladdermöss och andra arter för att kommunicera viktig information. Valar är en annan djurart som använder ljudvågor för att kommunicera över stora avstånd. Imponerande nog har djur som knölvalar registrerats kommunicera med akustik över avstånd på upp till 1 000 miles (ca 1 600 km).

Penn State-studie om akustikstyrda självläkande mikroboter

Papperet¹ “Acoustic Signaling Enables Collective Perception and Control in Active Matter Systems“, publicerat i den vetenskapliga tidskriften APS, är den första vetenskapliga studien som integrerar akustik för att kontrollera mikroskopiska svärmar. Därmed representerar den ett stort milstolpe inom mikrorobotik.

Källa – APS