ABD’deki Pennsylvania Üniversitesi (Penn) ile Michigan Üniversitesi’nden araştırmacılar, dünyanın en küçük büsbütün programlanabilir ve otonom robotlarını geliştirdi. Çıplak gözle güç seçilen bu mikroskobik “yüzen” robotlar, etraflarını algılayıp buna nazaran reaksiyon verebiliyor, aylarca çalışabiliyor ve ünite maliyetleri sadece bir sent seviyesinde.
Yaklaşık 200 – 300’e 50 mikrometre ölçülerinde boyutlarındaki robotlar, bir tuz adedinden bile küçük. Biyolojik mikroorganizmalarla misal ölçekte çalışan bu sistemlerin, bilhassa tıp ve mikro-üretim alanlarında çığır açması bekleniyor. Araştırmacılara nazaran robotlar, tek tek hücrelerin sıhhatini izlemekten mikroskobik aygıtların inşasına kadar pek çok alanda kullanılabilecek.
IŞIKLA ÇALIŞIYOR, KENDİ KENDİNE KARAR VERİYOR
Science Robotics ve PNAS mecmualarında yayımlanan çalışmalara nazaran bu robotlar; kablo, manyetik alan ya da dışarıdan joystick gibisi bir denetim olmadan çalışıyor. Işıkla beslenen sistemler, üzerlerindeki mikroskobik bilgisayarlar sayesinde karmaşık hareketler yapabiliyor, bulundukları ortamın sıcaklığını algılayıp istikametlerini buna nazaran ayarlayabiliyor.
Çalışmanın kıdemli yazarı ve Penn Mühendislik Fakültesi öğretim üyesi Marc Miskin, “Otonom robotları 10 bin kat daha küçük hale getirdik. Bu, programlanabilir robotlar için büsbütün yeni bir ölçek demek” sözlerini kullandı.
YENİ ÖLÇEK, YENİ FİZİK
Robotların bu kadar küçülmesi, klasik robotik yaklaşımların işe yaramadığı bir dünyayı beraberinde getiriyor. İnsan ölçeğinde baskın olan yerçekimi ve atalet üzere kuvvetlerin yerini, bu boyutlarda akışkan direnci ve viskozite alıyor. Miskin’e nazaran mikroskobik ölçekte suda hareket etmek, “katranın içinde ilerlemeye” benziyor.
Bu nedenle takım, klasik bacak yahut kol gibisi hareketli modüller yerine büsbütün farklı bir itki sistemi geliştirdi. Robotlar, etraftaki iyonları harekete geçiren elektrik alanları oluşturarak suyu adeta kendileri için akıtan bir “mikro akıntı” yaratıyor. Bu sayede saniyede kendi uzunlukları kadar ara kat edebiliyor, hatta balık sürülerine benzeri halde koordineli hareket edebiliyorlar.
HAREKETLİ MODÜL YOK, DAYANIKLILIK VAR
Elektrik alanını oluşturan elektrotların hareketli kesim içermemesi, robotları son derece güçlü kılıyor. Araştırmacılar, LED ışığıyla şarj edilen robotların aylarca kesintisiz yüzebildiğini ve tekraren örnekten örneğe aktarılabildiğini belirtiyor.
ASIL ATILIM MİKRO BEYİN
Robotları nitekim otonom yapan asıl yenilik ise Michigan Üniversitesi’nden David Blaauw ve grubunun geliştirdiği ultra küçük elektronik sistemler oldu. Blaauw’un laboratuvarı, dünyanın en küçük bilgisayarı rekoruna sahip. Bu teknoloji sayesinde robotların üzerine; işlemci, bellek, sensörler ve güneş panelleri sığdırıldı.
Ancak güneş panellerinin ürettiği güç sadece 75 nanovat. Bu, bir akıllı saatin tükettiği gücün yüz binlerce kat altında. Takım, bu sorunu aşmak için son derece düşük voltajda çalışan özel devreler geliştirerek bilgisayarın güç tüketimini bin katın üzerinde azalttı. Ayrıyeten yazılım komutları da tekrar tasarlanarak, olağanda birçok talimat gerektiren süreçler tek bir özel komuta indirildi.
ALGILAYAN, HATIRLAYAN, REAKSİYON VEREN ROBOTLAR
Ortaya çıkan sistem, araştırmacılara nazaran birinci gerçek alt-milimetre “düşünen” robot olma özelliğini taşıyor. Robotlar, sıcaklığı 0,3 derece hassasiyetle ölçebiliyor. Bu da hücresel aktivitenin dolaylı bir göstergesi olarak, tek tek hücrelerin sıhhatini izlemeyi mümkün kılıyor.
Robotlar topladıkları dataları ise sıra dışı bir yolla iletiyor:
Ölçüm bedelleri, robotun mikroskop altında izlenen küçük “dans” hareketlerine kodlanıyor. Blaauw bu metodu, arıların birbirleriyle irtibat kurduğu danslara benzetiyor.
Her robot, ışık darbeleriyle programlanabiliyor ve eşsiz bir adrese sahip. Bu sayede birebir ortamda, her biri farklı misyonlar üstlenen çok sayıda robot birlikte çalışabiliyor.
Gelecekte robotların daha karmaşık yazılımlar çalıştırması, daha süratli hareket etmesi, yeni sensörlerle donatılması ve güçlü ortamlarda misyon yapması hedefleniyor.
Miskin, “Bu nitekim yalnızca birinci kısım. Beyni, sensörü ve motoru neredeyse görünmeyecek kadar küçük bir şeye sığdırabileceğimizi gösterdik. Bu temel atıldıktan sonra, mikroskobik robotik için apayrı bir gelecek mümkün” değerlendirmesinde bulundu.
