Un team di ricercatori dell’Università del Michigan e dell’Università della Pennsylvania ha presentato i robot programmabili e autonomi più piccoli al mondo, con dimensioni di appena 0,2 x 0,3 x 0,05 millimetri. Questi dispositivi, quasi invisibili a occhio nudo, possono funzionare per mesi e aspirano a trasformare settori come la medicina e la produzione grazie alla loro capacità di nuotare, elaborare informazioni sensoriali ed eseguire compiti in modo indipendente. Il risultato è stato pubblicato sulla rivista Science Robotics, frutto della collaborazione tra le due istituzioni, segna una pietra miliare nella miniaturizzazione robotica e apre nuove possibilità per lo sviluppo tecnologico.
Propulsione elettrica e calcolo ultracompatto: la chiave del progresso
I robot microscopici dell’Università del Michigan e dell’Università della Pennsylvania risolvono una sfida tecnica che ha limitato la robotica su microscala per decenni: la mobilità autonoma.
Ogni robot, dal costo di produzione di un centesimo, integra un “cervello” elettronico in grado di ricevere ed elaborare segnali dall’ambiente ed eseguire istruzioni programmate. Le loro dimensioni, paragonabili a quelle di molti microrganismi, consentono loro di operare in spazi dove l’intervento umano è impossibile.
Il funzionamento di questi robot si basa sulla combinazione di una propulsione innovativa e di un sistema di calcolo ultracompatto. Il sistema di movimento, progettato dal team della Pennsylvania, consente ai robot di muoversi secondo schemi complessi e di coordinare le loro traiettorie in gruppo, in modo simile a un banco di pesci.
A differenza di altri meccanismi, la loro propulsione non dipende da parti mobili, il che conferisce loro una durata eccezionale e la capacità di nuotare per mesi. Secondo l’Università del Michigan, lo spostamento è reso possibile da un campo elettrico che mobilita gli ioni nel fluido circostante; questi ioni spingono le molecole d’acqua, generando così la forza necessaria per muovere il robot.
Sistemi intelligenti a bassissimo consumo energetico
Dal punto di vista computazionale, il team guidato da David Blaauw e Dennis Sylvester ha sviluppato un sistema in grado di funzionare con soli 75 nanowatt di energia, una cifra 100.000 volte inferiore a quella richiesta da uno smartwatch. Per raggiungere questo livello di efficienza, la maggior parte del robot è dedicata ai pannelli solari che forniscono l’energia necessaria.
Il controllo e la programmazione dei robot avviene tramite impulsi luminosi e ogni robot possiede un identificativo unico che consente di assegnargli compiti specifici all’interno di un gruppo. Blaauw ha spiegato che è stato necessario progettare da zero le istruzioni del programma informatico, condensando più comandi in un’unica istruzione speciale per adattarsi alla memoria limitata di questi microrobot.
Capaci di nuotare, rilevare segnali, elaborare informazioni ed eseguire compiti in modo autonomo, questi microrobot promettono di rivoluzionare la medicina, la produzione e la ricerca scientifica operando in spazi minuscoli finora inaccessibili. Crediti: Università della Pennsylvania
Potenziali applicazioni: medicina, produzione e oltre
Il potenziale di questi robot programmabili abbraccia numerosi campi. In medicina, potrebbero monitorare singole cellule, rilevando variazioni di temperatura con una precisione fino a un terzo di grado Celsius e riportando questi dati tramite movimenti specifici, simili alla “danza” delle api. Ciò consentirebbe di identificare aree di attività cellulare anomala o di seguire processi biologici in tempo reale.
Nella produzione, i robot potrebbero collaborare alla costruzione di dispositivi su microscala, facilitando operazioni che richiedono estrema precisione e accesso a spazi ristretti. L’Università del Michigan sottolinea che le versioni future incorporerebbero programmi più complessi, nuovi sensori e la capacità di operare in ambienti più impegnativi.
Una pietra miliare nella robotica programmabile
I responsabili del progetto sottolineano il carattere pionieristico di questo progresso. Marc Miskin, dell’Università della Pennsylvania, ha affermato: “Abbiamo realizzato robot autonomi 10.000 volte più piccoli”, stabilendo una nuova scala per la robotica programmabile.
Blaauw ha indicato che la sinergia tra il sistema di propulsione della Pennsylvania e i microcomputer del Michigan ha permesso di superare le precedenti barriere nel settore. Entrambi i team ritengono che questo sviluppo getti le basi per una nuova generazione di robot intelligenti e funzionali su scala microscopica.
Per l’Università del Michigan, questo risultato segna solo l’inizio di una fase di trasformazione della robotica su microscala, con la possibilità di incorporare maggiori livelli di intelligenza e funzionalità in dispositivi quasi invisibili, in grado di operare in modo autonomo per lunghi periodi e in ambienti prima inaccessibili.
