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40年間、この問題は解決不可能だと考えられていましたが、研究者たちは塩粒よりも小さい、驚くべき能力を備えた完全なロボットを作成しました。
研究者らは、40年間科学を悩ませてきた工学的課題を解決し、コンピューター、センサー、モーターを統合した全体サイズが1ミリメートル未満、つまり塩粒よりも小さいロボットを構築した。
サイズを説明するために、米国セントの上にあるマイクロ ロボット。 © マイケル・シマリ/ミシガン大学
ペンシルバニア大学とミシガン大学の研究者の共同研究によって達成されたこの成果は、小型ロボットを人体内に送り込んで損傷した神経を再接続し、薬剤を特定の場所に送達し、手術なしで患者の細胞の健康状態を判定するという未来のシナリオに医学を近づけるものである。
「感じて、考えて、行動できる初の小型ロボット」
「これは、感じ、考え、行動できる初の小型ロボットだ」とペンシルベニア大学の電気・システム工学助教授で今週発表された論文の著者であるマーク・ミスキン氏は語った。 専門誌に サイエンスロボティクス 出版された となった。
自ら意思決定を行うことができる世界最小のロボットとして宣伝されているこのデバイスは、かつてSFに根ざした目標に向けた大きな一歩となる。 1960 年代の小説および映画「ファンタスティック ヴォヤージュ」では、潜水艦に乗せられ微生物ほどの大きさにまで縮小した医療チームが登場しました。顕微鏡の医療班はその後、手術不能な血栓を破壊するために瀕死の男性の体に注射を行った。
「将来、たとえば今から100年後には、外科医が今日行っているすべてのことをロボットで行いたいと考えています」と、この研究には関与していないジョンズ・ホプキンス大学化学・生体分子工学科の教授デビッド・グラシアス氏は語った。 「私たちはまだそこに到達していません。」
「ファンタスティック・ヴォヤージュ」から20年後の1989年、マサチューセッツ工科大学の科学者ロドニー・A・ブルックスとアニタ・M・フリンは「速く、安く、制御不能：太陽系へのロボットの侵略」と題する記事を書き、その中で彼らが作ったサイズがわずか11/4立方インチでスクワートと名付けたロボットについて説明した。
小型ロボットは「新しいクラスのデバイスの先駆者」です
ワシントン大学の機械工学准教授、ソーヤー・フラー氏は、『速くて安くて制御不能』が出版されたとき、「人々はマイクロロボティクスが今にも登場すると思っていた。…これらすべてをまとめるには、予想よりも少し時間がかかったことが判明した。」と述べた。フラー氏は、新しいマイクロロボットの設計には関与していなかったが、これを「新しいクラスのデバイスの先駆者」と呼んだ。
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ミスキン氏は、ミシガン州とペンシルベニア州のチームが製作したマイクロロボットの大きさはMITのスクワートの約100分の1だが、生物医学用途にはまだ準備ができていない、と述べた。 「10年以内にこのタイプのロボットが実際に応用できるようになっても驚かないでしょう」と、この論文の共著者であるデイビッド・ブラウ氏は語った。 サイエンスロボティクス ミシガン大学の電気工学およびコンピュータサイエンスの教授。
高さ1ミリメートル未満のロボットを構築する
ミスキン氏によると、科学者たちは何十年もの間、サイズが1ミリメートル未満のマイクロロボットを作ることを夢見てきたが、その限界は生物学の最小単位に相当するという。 「すべての生き物は本質的に 100 ミクロンのロボットの巨大な集合体であり、それについて考えると、自然が生命を組織するためにその 1 つのサイズを選択したことは非常に印象的です。」比較のために、人間の髪の毛の直径は約 70 マイクロメートルですが、人間の細胞のサイズは約 20 ～ 40 マイクロメートルです。
科学者や技術者は半世紀にわたって回路の小型化に取り組んできたが、課題は、コンピューター制御のマイクロロボットに必要なすべての部品を縮小し、部品を損傷したり相互に干渉させたりすることなく組み立てることだった。ロボットには、コンピューターを実行してロボットを動かすのに十分な電力を備えたエネルギー源が必要です。
5年前、マイクロロボットの製作を専門とするミスキン氏は、二人が連続講義を行った際にブラウ氏と出会った。ブラウの研究室は当時、そして今でも世界最小のコンピューターを構築したという名声を誇っています。 「プレゼンテーション中も、『ああ、話さなければいけない』と思いました」とブラウ氏は回想します。
小さな太陽電池が光をエネルギーに変換します
彼らが構築したデバイスは、光をエネルギーに変換する小さな太陽電池を使用しています。そのエネルギーの一部はコンピューターに電力を供給し、一部は液体中を泳ぐロボットに電力を供給します。このコンピューターは今日のラップトップの約 1,000 分の 1 の速度で動作し、ストレージ容量ははるかに少なくなっています。研究室では、科学者たちはロボットが溶液に入っている実験皿に LED ランプを当てました。このロボットはマイクロチップと同じ素材、シリコン、プラチナ、チタンで作られています。
ミスキン氏によると、液体の影響からマイクロロボットを守るために、マイクロロボットは厚いガラスの層で囲まれているという。ガラスには、電気的アクセスを可能にする電極を形成する金属プラチナで満たされたいくつかの穴があります。ジョンズ・ホプキンス大学のグラシアス教授は、科学者はマイクロロボットに使用される材料が人体に安全に使用できることを保証する必要があると強調した。
ロボットのセンサーにより、ロボットは液体内のさまざまな温度に反応できます。移動するには、デバイスはソーラー パネルからのエネルギーを使用して、両側にある 2 つの金属電極を充電します。電極は水中の逆に帯電した粒子を引き付け、ロボットを前進させる電流を生成します。ロボットは泳ぎながら、操作している人とコミュニケーションをとります。ミスキン氏は、「私たちはラップトップを介して彼に何をすべきかを伝えるメッセージを送信することができます。そして彼は私たちにメッセージを送り返し、何を見たのか、何をしたかを伝えることができます。」と語った。
ミツバチのワグルダンスに似た動きでロボットがコミュニケーション
このロボットは、ミツバチがコミュニケーションに使用するワグルダンスにヒントを得た動きを使用してコミュニケーションします。夏の間、科学者たちは学生のグループを新しいマイクロロボットのテストに招待した。学生たちは、特別で安価な顕微鏡を使用してロボットの動きを追跡することができました。 「彼らは興奮していました」とミスキン氏は語った。 「これほど小さなものを扱うことに慣れるのは、最初は確かに少し大変でした。しかし、それが魅力の一部でもあります。一度コツを掴むと、皆熱心に取り組んでいました。」ミスキン氏によると、学生たちが使用したロボットのバージョンの価格はわずか10ドル程度だったという。
研究者らは現在、海水、陸上、その他の環境でも使用できるよう、マイクロロボットのさらなる開発に取り組んでいる。長期的な目標は、オペレーター以外の人々と通信できる小型コンピューターを開発することだとブラウ氏は言う。 「したがって、次の大きな目標は、彼らが互いにコミュニケーションできるようにすることです」と彼は言いました。
著者の皆様へ
マーク・ジョンソン ミルウォーキー・ジャーナル・センチネルで健康と科学を22年間担当した後、2022年7月にワシントン・ポストに入社。彼はワクチン接種を受けずに狂犬病感染から生き残った最初の人について書き、新しい病気の診断と治療に全遺伝子配列を初めて使用したことを報告しました。
この記事は、2025 年 12 月 12 日に英語で最初に公開されました。ワシントンポスト.com』が出版されました。協力の一環として、IPPEN.MEDIA ポータルの読者には翻訳版も公開されています。
#世界最小の思考ロボット