6 دسامبر 2024 -توسط Syl Kacapyr، دانشگاه کرنل-همگام سازی مقیاس پذیر ربات های ریزمقیاس. اعتبار: علم رباتیک (2024). DOI:
مانند امواجی که از میان جمعیت های کوچک استادیوم عبور می کنند، ماشین های میکروسکوپی مهندسی شده توسط محققان کورنل می توانند به طور مستقل حرکات خود را همگام کنند و امکانات جدیدی را برای استفاده از میکروربات ها در دارورسانی، اختلاط شیمیایی و اصلاح محیطی، از جمله کاربردهای دیگر، باز کنند.
بر اساس مطالعه ای که در 27 نوامبر در Science Robotics توسط نویسندگان ارشد آلیسا آپسل، استاد مهندسی IBM مهندسی برق و کامپیوتر، و ایتای کوهن، استاد فیزیک در کالج هنر و علوم و رئیس گروه فناوری طراحی.و مدیر دانشکده منتشر شد، این تحقیق اولین تحقیقی است که همگام سازی را در ماشین های میکروسکوپی مجهز به نوسانگرهای مکمل فلز-اکسید-نیمه هادی نشان می دهد.
ماشین‌ها با تبادل پالس‌های الکترونیکی هماهنگ می‌شوند تا زمانی که کل سیستم با سریع‌ترین نوسانگر هماهنگ شود. هر دستگاه دارای یک محرک پدال خمشی است که تنها 7 نانومتر ضخامت دارد و در هنگام فعال شدن خم می شود و حرکت فردی نشسته و ایستاده در طول موج استادیوم را تقلید می کند.
آپسل گفت: نوسان سازها دارای توان بسیار کم – زیر نانووات – هستند و با پیچیدگی کم کار می کنند. ما اساساً در حال طراحی سیستم‌های زمان‌بندی محلی هستیم که برای ایجاد رفتارهای جهانی با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. این رویکرد برای ماشین‌های مقیاس کوچک که فاقد قدرت، قابلیت یا فضای لازم برای سیم‌کشی در فواصل طولانی هستند، ایده‌آل است.
همگام سازی متکی بر یک تکنیک جفت پالسی است که در آن اسیلاتورها سیگنال های الکترونیکی دوره ای را ارسال می کنند که زمان بندی ماشین های همسایه را تنظیم می کند و حرکات آنها را بدون نیاز به کنترل متمرکز تراز می کند. این استراتژی از کار قبلی روی سیستم‌های نوسانگر جفت شده توسط ریاضیدانان – از جمله در کرنل – الهام گرفته شده است که چارچوب‌های نظری را برای مدل‌سازی «ساعت‌های داخلی» در پدیده‌های طبیعی مانند چشمک زدن یکپارچه شب تاب‌ها یا ضربان سلول‌های قلب با هم ایجاد کردند.
دکتر میلاد تقوی که تحقیقات را با وی وانگ، دکترا رهبری کرد می گوید: «این رویکرد غیرمتمرکز به سیستم اجازه می دهد تا حتی زمانی که شرایط تغییر می کند یا اختلالات بیرونی رخ می دهد، خود اصلاح شود و هماهنگی ’21، ’23 را حفظ کند.
“اگر گروهی جدا شود، این تکنیک تضمین می‌کند که هر زیرگروه می‌تواند به طور مستقل به همگام‌سازی ادامه دهد. با گذشت زمان، اگر گروه‌ها دوباره به هم وصل شوند، پالس‌های مشترک به آنها اجازه می‌دهد تا به طور یکپارچه همگام‌سازی را برقرار کنند.”
محققان با موفقیت آرایه‌هایی از حداکثر 16 میکروماشین را در پیکربندی‌های خطی و دو بعدی همگام‌سازی کردند و گفتند که حداقل تنظیمات برای مقیاس‌بندی در شبکه‌های بزرگ‌تر مورد نیاز است. این مقیاس‌پذیری، هماهنگ‌سازی گروه‌های پیچیده‌تر از میکروربات‌ها را امکان‌پذیر می‌سازد، و کاربردهایی مانند حمل و نقل سیال برای تحویل دارو، مخلوط کردن مواد شیمیایی و پاکسازی محیط، و همچنین ساخت و ساز مشترک در مقیاس کوچک را ممکن می‌سازد.
کوهن گفت: «همچنین راه را برای ساخت مواد الاسترونیک هموار می‌کند که در آن الکترونیک در هر عنصر مادی گنجانده شده است تا رفتارهای نوظهوری ایجاد کند که در سیستم‌های طبیعی قابل دستیابی نیست».
آپسل گفت که محققان قصد دارند کار خود را بر روی ریزماشین‌ها ادامه دهند و پروژه‌های آتی به طور بالقوه شامل میکروربات‌های هماهنگی که کرم‌های اینچ را تقلید می‌کنند یا حتی میکروربات‌هایی که می‌توانند به قطعات متعدد و مستقل تقسیم شوند، ادامه دهند.
آپسل می‌گوید: «مهندسین در ساخت این ماشین‌های کوچک که می‌توانند حرکت کنند و حتی محیط خود را حس کنند، گام‌های بزرگی برداشته‌اند، اما یافتن روش‌های واقعاً ظریف برای وادار کردن آنها به کار جمعی دشوار است. این مقاله نشان می‌دهد که می‌توانید از ایده‌های زیست‌شناسی، ایده‌هایی از طبیعت، و بهره‌برداری از آنها برای نشان دادن رفتارهای جمعی استفاده کنید.»
