Robôs microscópicos do tamanho de um grão de sal prometem revolucionar medicina e manufatura

Pesquisadores da Universidade da Pensilvânia e da Universidade de Michigan desenvolveram os menores robôs microscópicos autônomos e programáveis do mundo.

Com dimensões inferiores às de um grão de sal, essas máquinas microscópicas utilizam energia solar e um sistema de propulsão inovador para se moverem. O projeto quer transformar áreas como a medicina e a manufatura de microescala, com um custo de produção estimado em apenas um centavo de dólar por unidade.

O trabalho colaborativo dividiu responsabilidades vitais: a equipe da Penn Engineering projetou a estrutura física e o sistema de locomoção, enquanto os cientistas de Michigan forneceram a inteligência das máquinas.

O laboratório de Michigan, inclusive, detém o recorde de criação do menor computador do mundo, expertise aplicada diretamente neste novo avanço de hardware.

Engenharia invisível a olho nu

Os robôs medem aproximadamente 200 x 300 x 50 micrômetros. Devido a essa escala diminuta, comparável à de microrganismos biológicos, as leis da física atuam de forma diferente sobre eles. A viscosidade dos fluidos, por exemplo, torna-se um obstáculo muito maior do que para objetos em escala humana.

Para superar isso, os engenheiros criaram um sistema de propulsão iônica. Em vez de usarem peças móveis como braços ou engrenagens, que seriam frágeis e complexas de fabricar, os robôs geram um campo elétrico.

O campo empurra íons na solução ao redor, permitindo que o dispositivo “nade”. A ausência de partes mecânicas móveis aumenta significativamente a durabilidade do equipamento, que pode até ser manuseado com micropipetas sem sofrer danos.

Inteligência e comunicação solar

Para serem considerados autônomos, esses dispositivos precisam de processamento interno. É aqui que entra a tecnologia da Universidade de Michigan.

Os robôs são equipados com processador, memória e sensores onboard. A programação é feita através de pulsos de luz, aproveitando as células solares que cobrem a maior parte do corpo do robô.

Como o sistema opera com apenas 75 nanoWatts de potência, a eficiência é primordial . Para extrair os dados coletados pelos sensores, os cientistas programaram os robôs para realizarem uma espécie de “dança”, inspirada no comportamento das abelhas.

Os movimentos físicos do robô transmitem as informações processadas, eliminando a necessidade de transmissores de rádio que consumiriam muita energia.

Aplicações médicas e custo irrisório

Os primeiros protótipos foram testados com sensores de temperatura, mas a plataforma permite a integração de diversos tipos de sensores analíticos. Isso abre portas para o monitoramento da saúde em nível celular ou para a construção de estruturas em microescala.

Mesmo com toda essa tecnologia embarcada, a fabricação em massa promete ser extremamente acessível. Segundo os pesquisadores, é possível produzir essas unidades por cerca de um centavo cada.

A equipe afirma que este é apenas o começo de uma nova era para a robótica microscópica no universo tech, com potencial para implantação de centenas de unidades simultâneas para completar tarefas complexas.

Coordenação coletiva e endereçamento único

Um diferencial técnico significativo reside na capacidade de programação individual dentro de um grupo. Cada unidade possui um endereço único, permitindo que os pesquisadores enviem comandos específicos através dos pulsos de luz que também alimentam o sistema.

Segundo David Blaauw, professor de engenharia elétrica e computação, isso viabiliza cenários onde cada robô executa uma função distinta dentro de uma tarefa conjunta maior, operando de maneira coordenada.

A precisão dos sensores atuais já detecta variações térmicas de um terço de grau Celsius, métrica usada para avaliar atividade celular. Para reportar esses dados, o sistema utiliza instruções de computação que codificam valores nos movimentos físicos do robô.

Câmeras acopladas a microscópios interpretam essa “dança” para decodificar as leituras em tempo real, validando a eficácia da comunicação sem fio em escala nanométrica.

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Plataforma para o futuro

Neste momento, os cientistas encaram o projeto atual como uma plataforma generalista. O sistema de propulsão integra-se nativamente com a eletrônica, e os circuitos são compatíveis com processos de fabricação em larga escala.

Marc Miskin, professor assistente na Penn Engineering, define o estágio atual como apenas o “primeiro capítulo” desta tecnologia, cujo potencial é absurdamente fascinante.

Fonte: Penn Engineering