Pennsylvania Üniversitesi (Penn) ve Michigan Üniversitesi’nden bilim insanları, dünyanın en küçük tamamen programlanabilir ve otonom robotlarını hayata geçirdi. Çıplak gözle sıradan bir gözlemci tarafından ayırt edilmesi güç olan bu mikroskobik “yüzen” robotlar, çevresel faktörleri algılayıp uygun tepkiler verebiliyor, aylarca etkin bir şekilde çalışabiliyor ve sadece bir sentlik maliyetle üretilebiliyor.
Yaklaşık 200 – 300’ü 50 mikrometre boyutundaki bu robotlar, neredeyse bir tuz tanesi kadar küçük. Biyolojik mikroorganizmalarla benzer ölçekte işlev gören bu robotların, tıp ve mikro-üretim gibi alanlarda önemli gelişmelere öncülük etmesi bekleniyor. Araştırmacılar, bu robotların tek hücre sağlığını izlemekten mikroskobik cihazların üretimine kadar geniş bir yelpazede kullanılabileceğini ifade ediyorlar.
IŞIKLA ÇALIŞIYOR, KENDİ KENDİNE KARAR VERİYOR
Science Robotics ve PNAS dergilerinde yayımlanan araştırmalara göre bu robotlar, herhangi bir kablo, dış manyetik alan ya da joystick gibi bir kontrol aracına ihtiyaç duymadan çalışabiliyor. Işık enerjisiyle beslenen sistemler, üzerlerindeki mikroskobik bilgisayarlar vasıtasıyla karmaşık hareketler gerçekleştirebiliyor, bulundukları ortamdaki sıcaklığı algılayıp yönlerini buna göre ayarlayabiliyorlar.
İlgili çalışmanın kıdemli yazarı ve Penn Mühendislik Fakültesi öğretim üyesi Marc Miskin, “Otonom robotları 10 bin kat daha küçük hale getirdik. Bu, programlanabilir robotlar için bambaşka bir ölçek demek,” şeklinde açıklama yaptı.
YENİ ÖLÇEK, YENİ FİZİK
Robotların bu ölçekte küçülmesi, klasik robotik yaklaşımların geçerliliğini yitirdiği bir ortam oluşturuyor. İnsan ölçeğinde etkili olan yerçekimi ve atalet gibi kuvvetlerin yerini, bu boyutlarda akışkan direnci ve viskozite alıyor. Miskin, mikroskobik ölçekte su içinde hareket etmenin, “katranın içinde ilerlemeye” benzediğini vurguladı.
Bu yeni şartlardan dolayı araştırma ekibi, geleneksel bacak veya kol benzeri hareketli parçalar yerine farklı bir itki sistemi geliştirdi. Robotlar, çevresindeki iyonları hareket ettiren elektrik alanları oluşturarak suyu kendileri için akıtan bir “mikro akıntı” oluşturuyor. Bu metod sayesinde saniyede kendi boyları kadar mesafe kat edebiliyor, hatta balık sürüleri gibi koordineli hareket etme yeteneği kazanıyorlar.
HAREKETLİ PARÇA YOK, DAYANIKLILIK VAR
Elektrik alanını üreten elektrotlar hareketli parça içermediği için robotlar yüksek dayanıklılığa sahip. Araştırmacılar, LED ışığıyla şarj edilen bu robotların aylarca durmaksızın yüzebildiğini ve defalarca örnekten örneğe aktarılabildiğini belirtiyorlar.
ASIL ATILIM MİKRO BEYİN
Robotların otonomiyet kazanmasındaki en önemli yenilik ise Michigan Üniversitesi’nden David Blaauw ve ekibinin geliştirdiği ultra küçük elektronik sistemler. Blaauw’un laboratuvarı, dünyanın en küçük bilgisayarı rekoruna sahip. Bu teknoloji sayesinde robotlar üzerlerine işlemci, bellek, sensörler ve güneş panelleri sığdırabiliyor.
Ancak güneş panellerinin ürettiği enerji yalnızca 75 nanovat. Bu miktar, bir akıllı saatin enerji tüketiminin yüz binlerce katı kadar düşük. Ekip, bu durumu aşmak için oldukça düşük voltajda çalışan özel devreler geliştirerek bilgisayarın enerji tüketimini bin katın üzerinde azaltmayı başardı. Ayrıca, yazılım komutları yeniden tasarlanarak, gelenekselde birçok aşama gerektiren işlemler tek bir özel komuta indirgenmiş durumda.
ALGILAYAN, HATIRLAYAN, TEPKİ VEREN ROBOTLAR
Sonuçta, ortaya çıkan sistem ilk gerçek alt-milimetre “düşünen” robot olma özelliğine sahip. Bu robotlar, sıcaklığı 0,3 derece hassasiyetle ölçebiliyor. Bu özellik, hücresel aktivitenin dolaylı bir göstergesi olarak, bireysel hücrelerin sağlığının izlenmesini mümkün kılıyor.
Robotlar, topladıkları verileri yenilikçi bir yöntemle iletiyorlar. Ölçüm verileri, robotun mikroskop altında izlenen küçük “dans” hareketlerine kodlanıyor. Blaauw, bu yöntemi arıların birbirleriyle iletişim kurduğu danslarla karşılaştırıyor.
Her robot, ışık darbeleriyle programlanabilmekte ve benzersiz bir kimlik adresine sahiptir. Bu sayede aynı ortamda, farklı görevleri yerine getiren çok sayıda robot bir arada çalışabiliyor.
Gelecek vaat eden bu algoritmaların, daha karmaşık yazılımlar yürütmesi, daha hızlı hareket etmesi, yeni sensörlerle donatılması ve zorlu ortamlarda görev üstlenmesi bekleniyor.
Miskin, “Bu sadece başlangıç. Beyni, sensörü ve motoru neredeyse görünmeyecek kadar küçük bir yapıya sığdırabileceğimizi gösterdik. Bu temel sağlandığında, mikroskobik robotik için bambaşka bir gelecek mümkün,” yorumunda bulundu.
