Cientistas da Universidade da Pensilvânia (Penn) e da Universidade de Michigan criaram os menores robôs autônomos e programáveis do mundo. Cada uma medindo cerca de 200 micrômetros de largura – aproximadamente o dobro da largura de um fio de cabelo humano – essas máquinas podem perceber o que está ao seu redor, “pensar” e agir de forma independente, sem instruções externas. De acordo com os seus criadores, tal tecnologia poderá um dia monitorizar a saúde de células individuais do nosso corpo ou distribuir medicamentos em locais específicos para tratar doenças.
O grande avanço dos investigadores foi permitir que um robô com apenas um quinto de milímetro de comprimento se movesse de forma autónoma sem assistência externa, um desafio que os cientistas têm tentado resolver há décadas. Forças físicas como o arrasto e a viscosidade têm um efeito muito mais forte sobre os objetos na escala microscópica, tornando o movimento através de um líquido comparável a nadar no alcatrão na escala humana.
Kyle Skelil, Universidade da Pensilvânia
Para superar este desafio, a equipe da Penn projetou um novo sistema de propulsão. Os microrobôs são alimentados por luz LED e operam em solução de peróxido de hidrogênio, que fornece o combustível para sua movimentação. O robô gera um campo elétrico que impulsiona os íons da solução circundante, que por sua vez arrastam as moléculas de água. Os microrobôs podem ajustar esse campo elétrico para se mover em padrões complexos e até mesmo viajar em grupos coordenados a velocidades de até um comprimento de corpo por segundo.
O menor robô autônomo do mundo requer o menor computador do mundo. Esse título pertence a um computador desenvolvido pela equipe de David Blaauw em Michigan. Os pesquisadores adaptaram seu microcomputador ao sistema de propulsão de Penn e construíram um computador completo com processador, memória e sensores em um chip com menos de um milímetro de diâmetro.
O robô recebe luz através de painéis solares microscópicos que geram apenas 75 nanowatts de energia – mais de 100 mil vezes menos que um smartwatch, segundo Blaauw. Sua equipe teve que fazer com que os circuitos do microcomputador operassem em tensões extremamente baixas, reduzindo o consumo de energia em mais de um fator de 1.000.
Maya Lassiter, Universidade da Pensilvânia
Talvez a característica mais marcante seja o custo geral do sistema. Embora cada robô custe cerca de um centavo para ser produzido em escala, pode-se supor que o equipamento necessário para programá-los e controlá-los seria proibitivamente caro. Esse não é o caso.
“São cerca de US$ 100”, disse-me Marc Miskin, professor da Penn Engineering e principal autor do estudo, por e-mail. A equipe já construiu uma versão de baixo custo de sua configuração usando diodos LED padrão, um microcomputador Raspberry Pi e um sistema de imagem que consiste em uma câmera de smartphone equipada com lente macro. “Na verdade, este sistema tem um desempenho tão bom quanto o nosso sofisticado microscópio de US$ 100 mil. Como o robô está fazendo todo o trabalho duro, ele não precisa que você lhe diga o que fazer”, explicou Miskin.
Os microrobôs possuem sensores eletrônicos capazes de detectar a temperatura com precisão de um terço de grau Celsius, permitindo monitorar a saúde de células individuais. No entanto, vários obstáculos permanecem antes que esta tecnologia possa ser aplicada à saúde humana.
Tal como as células do nosso corpo, que requerem um fornecimento constante de energia para sobreviver, os microrrobôs não podem funcionar sem luz contínua. “Se você desligar a luz, o robô desliga e a memória é apagada”, disse Miskin. “Acenda a luz novamente e ela será reiniciada, mas não se lembrará do que você a programou para fazer. Esta é uma característica comum dos sistemas sub-mm, porque a energia complete que você pode armazenar (por exemplo, uma bateria) varia de acordo com seu quantity, é extremamente difícil armazenar qualquer quantidade útil em um espaço pequeno.”
Kyle Skelil, Universidade da Pensilvânia
Mas há outro desafio: na sua versão atual, os robôs operam numa solução de peróxido de hidrogénio de 5 milimolar, que é tóxica para as células vivas. Isto torna-os inadequados para aplicações médicas na sua forma precise. Os investigadores reconhecem esta limitação, mas não é intransponível. Como o robô é integrado eletronicamente, os atuadores podem ser trocados livremente, bastando apenas combinar a tensão operacional e a corrente necessária. “Estamos trabalhando ativamente na construção dos robôs correspondentes, integrando esses atuadores biocompatíveis com circuitos, e esperamos ver alguns deles em breve”, explicou Miskin.
Miskin está ainda mais entusiasmado com outra coisa: usar esses robôs para montar componentes em microescala. “Quase tudo que construímos em microescala hoje em dia é feito de uma só vez, monoliticamente”, disse ele. “Por exemplo, quando construímos circuitos, nós os fazemos a partir desses padrões complexos em grandes wafers. Se você quiser mudar uma parte desse circuito, terá que reconstruí-lo todo.”
Os pesquisadores argumentam que isso poderia reduzir custos, acelerar iterações de design e até simplificar a propriedade intelectual. “A microescala é um lugar incrível”, observou Miskin. “Ter pequenos agentes que os humanos possam programar e controlar poderia abrir todos os tipos de portas notáveis. Estou cautelosamente otimista de que as melhores aplicações ainda não foram imaginadas.”
Fonte: Penn Engenharia