Кіріспе

Робототехника саласы
видео ойын

Микророботика (немесе микророботика) – миниатюралық робототехника саласы, әсіресе 1 мм-ден кіші өлшемді мобильді роботтар. Бұл термин микрометрлік өлшемдегі компоненттерді басқаруға қабілетті роботтарға да қолданылуы мүмкін.

Тарих

Микроботтар 20-ғасырдың соңғы онжылдығында микробасқарушының және кремнийдегі микроэлектромеханикалық жүйелердің (МЭМС) пайда болуының арқасында дүниеге келді, бірақ көптеген микроботтар сенсорлардан басқа механикалық компоненттер үшін кремнийді қолданбайды. Мұндай кішкентай роботтарға қатысты алғашқы зерттеулер мен тұжырымдамалық жобалау 1970 жылдардың басында АҚШ барлау қызметтерінің құпия зерттеулерінде жүргізілді. Осы кезде қарастырылған қолданыс салаларына әскери тұтқындарды құтқаруға көмектесу және электрондық ақпаратты ұрлау миссиялары кірді. Осы уақытта миниатюралауды қолдайтын технологиялар толыққанды дамымағандықтан, прототиптерді әзірлеудегі прогресс осы алғашқы есептер мен тұжырымдамалық жобалаудан бірден орын алмады. 2008 жылдан бастап ең кішкентай микророботтар сырғыту арқылы қозғалатын (scratch drive) механизмді пайдаланады. Сымсыз байланыстардың, әсіресе Wi-Fi (яғни, үй желілерінде) дамуы микроботтардың байланыс мүмкіндіктерін және осыған байланысты басқа микроботтармен күрделі тапсырмаларды орындау үшін үйлестіру қабілетін едәуір арттырды. Шындығында, соңғы зерттеулердің көп бөлігі микроботтардың байланысына шоғырланған, соның ішінде Гарвард университетіндегі 1024 роботтан тұратын топ әртүрлі пішінге жиналады; ал DARPA-ның «Макро өнімдерге арналған микрофабрика» бағдарламасы үшін SRI International ұйымында жеңіл, жоғары беріктік құрылымдарды құра алатын микроботтар өндірілуде. Металл мен электрониканың орнына биологиялық тіндерді пайдалана отырып жасалған ксеноботтар деп аталатын микроботтар да құрылды. Ксеноботтар дәстүрлі микроботтардың кейбір технологиялық және экологиялық қиындықтарынан аулақ болады, өйткені олар өздігінен қуаттанады, биологиялық түрде ыдырайды және биологиялық үйлесімділікке ие.

Анықтамалар

"Микро" префиксі "кішкентай" деген мағынада субъективті түрде қолданылғанмен, ұзындық өлшемдерін стандартизациялау шатасуды болдырмайды. Сондықтан, нанороботтың сипаттамалық өлшемдері 1 микрометрден төмен немесе 1-ден 1000 нм аралығындағы компоненттерді манипуляциялауға қабілетті болады. Микророботтың сипаттамалық өлшемдері 1 миллиметрден кем, миллироботтың өлшемдері 1 сантиметрден кем, минироботтың өлшемдері 1 миллиметрден кем, ал кішкентай роботтың өлшемдері 1 миллиметрден кем болады.

Көптеген дереккөздер 1 миллиметрден үлкен роботтарды микроботтар деп, ал 1 микрометрден үлкен роботтарды наноботтар деп сипаттайды.

Құрылыс мәселесі

Микророботтардың қозғалу әдісі олардың мақсатына және қажетті өлшемдеріне байланысты. Микроннан кіші өлшемдерде физикалық әлемде қозғалудың өте ерекше тәсілдері қажет болады. Ауадағы роботтар үшін Рейнольдс саны бірліктен кем; тұтқыр күштер инерциялық күштерден басымдық танытады, сондықтан "ұшу" үшін Бернуллидің көтергіш принципінен гөрі ауаның тұтқырлығын пайдалану мүмкін. Сұйықтықтарда қозғалатын роботтарға, мысалы, E. coli бактериясының қозғалмалы түрі сияқты айналмалы жарақшалар қажет болуы мүмкін. Секіру – жасырын және энергияны үнемдейтін әдіс; ол роботқа түрлі жерлердің бетін басып өтуге мүмкіндік береді. Алғашқы есептеулер (Solem 1994) физикалық шындықтарға негізделген мүмкін мінез-құлықтарды қарастырды. Микророботты жасаудағы негізгі қиындықтардың бірі – өте шектеулі қуат көзімен қозғалысқа қол жеткізу. Микророботтар монета тәрізді кішкентай, жеңіл батареяны пайдалана алады немесе айналадағы ортадан діріл немесе жарық энергиясы түрінде қуат алады. Микророботтар биологиялық қозғалтқыштарды, мысалы, жарақшалы Serratia marcescens сияқты, қоршаған сұйықтықтан химиялық қуат алу үшін роботтық құрылғыны іске қосу үшін қуат көзі ретінде де пайдаланады. Мұндай биороботтарды хемотаксис немесе гальванотаксис сияқты стимулдар арқылы тікелей басқаруға болады, сонымен қатар бірнеше басқару схемалары қолжетімді. Борттағы батареяға қарағанда, роботтарды сыртқы түрде туындаған қуатпен қуаттандыру танымал балама болып табылады. Мысалға, микророботтарды іске қосу және басқару үшін электромагниттік өрістер, ультрадыбыс және жарық қолданылады. 2022 жылғы зерттеу "микробиология және биомедицинада қолдануға болатын жарықпен басқарылатын микророботтарды жобалау" үшін фотобиокатализдік тәсілге бағышталды.