Микроскопические роботы впервые научились чувствовать температуру и менять среду сообща

Физики из Корнеллского университета создали микроскопических роботов, которые могут не только ощущать температуру окружающей среды, но и совместно реагировать, чтобы ее изменить. Это первый пример микророботов, способных перекачивать жидкость из горячих областей в холодные или наоборот.

Три ключевые возможности

Новые роботы объединяют три способности. Первая — датчики окружающей среды. Вторая — манипуляция жидкостями с помощью искусственных ресничных систем. Третья — коммуникация между микрочипами. Вместе они создают обратную связь, вдохновленную природными системами. В будущем такой подход может найти применение в медицине или сельском хозяйстве.

Эти устройства продолжают линию предыдущих разработок той же лаборатории. В недавних исследованиях ученые создали роботов диаметром в человеческий волос. Они умеют самостоятельно ходить, ощущать окружающую среду, делать снимки, измерять параметры и общаться друг с другом.

Новая работа расширяет репертуар этих устройств. Идея в том, чтобы заставить их работать вместе для масштабных манипуляций окружающей средой. Это первый шаг в данном направлении.

Как устроены роботы-реснички

Робот-реснички вдохновлены принципом перекачки жидкости, который существует в природных ресничках. Однако исследователи не стали напрямую повторять их структуру. Вместо этого они разработали более эффективную архитектуру с двумя шарнирами. Такую конструкцию легко программировать с помощью электронных сигналов.

Последовательное движение двух петель создает нереципрокное движение, похожее на работу весла. Именно оно приводит в движение окружающую жидкость.

Почему одного весла недостаточно

Одного весла мало, чтобы изменить ситуацию. Поэтому многим устройствам нужно работать вместе.

Команда установила 54 шарнирные реснички в массив. К нему добавили две цепи температурного датчика. Они выполняют роли ведущего и сопровождающего. Эти цепи взаимодействуют друг с другом и синхронизируют реснички в массиве. В зависимости от температуры они запускают совместную накачку.

Логика работы проста. Если температура выше определенной точки, цепь дает команду качать в прямом направлении. Если температура ниже, команда меняется на противоположную.

Что это значит для будущего

В будущих версиях концепции роботы смогут реагировать на другие факторы. Среди них свет или уровень pH. Это позволит запускать химические реакции или механические движения.

Вместо того чтобы находиться в статическом массиве, взаимодействующие роботы могли бы ходить независимо. Их можно запрограммировать реагировать определенным образом на конкретные сигналы окружающей среды.

Результаты исследования опубликованы в Nature Electronics.