Никакого управления — но путь задан: странный эксперимент удивил даже физиков
Инженеры нашли способ пасти микророботов без проводов, радиоприемников и без бортовых компьютеров. Вместо этого они направляют их с помощью световых узоров, разработанных с использованием тех же математических физиков, которые физики используют для описания черных дыр.
Результат: пловцы размером с пятнышко, которые скользят по миниатюрному лабиринту, следуя за своего рода оптической гравитацией, требуется нулевая электроника. "Это прекрасное признание", что математика общей теории относительности может направлять микророботов, сказал Дэниел Голдман, физик из Технологического института Джорджии, который не участвовал в исследовании.
Этот подход устраняет фундаментальное ограничение в микроробототехнике. В масштабах, меньших, чем песчинка, роботы не могут нести GPS-устройства, процессоры или коммуникационное оборудование, что делает невозможным отслеживание и управление одним за другим.
Карта, написанная в свете
Центральным трюком команды является закодирование "карты" мира в самой окружающей среде. Они проецируют тщательно рассчитанный свет на жидкость, где плавают микророботы.
Рисунок самый темный в цели, как теневая яма черной дыры, и осветляется расстоянием. В этом инженерном поле роботы естественным образом скользят "вниз по склону", наклоняясь вокруг препятствий, как будто гравитация деформирует их пути.
"Просто опустите робота, оставьте его в покое и подождите", — сказал ведущий исследователь Марк Мискин, физик из Университета Пенсильвании.
Поскольку световое поле выполняет навигацию, никому не нужно отслеживать роботов в режиме реального времени или передавать команды. Каждый бот просто следует по пути, по которому, по общему мнению, должна быть общая теория относительности.
Как движутся крошечные пловцы
Чтобы аппаратное обеспечение было простым, команда построила пловцов в форме H под один миллиметр длиной, которые реагируют только на свет. Каждая сторона "H" несет цепочку микроскопических солнечных элементов, подключенных к электродам.
Когда они попадают светом, ячейки создают электрическое поле между электродами. Окуните бота в богатую ионами жидкость, и это поле толкает жидкость, генерируя крошечную тягу в противоположном направлении.
Рулевое управление так же не глупо, как затемнение одной стороны и осветление другой. Модулируя интенсивность по всему проецируемому рисунку, исследователи могут подтолкнуть векторы тяги, чтобы роботы дрейфовали по "геодезике" (самым прямым возможным путям) искусственного пространства-времени.
Превращение лабиринта в изогнутое пространство
Вот где вступает теория Эйнштейна. В общем, относительность, материя и энергия кривят пространство-время, и объекты, движущиеся "прямо" внутри этой геометрии, по-видимому, следуют по изогнутым путям.
Команда позаимствовала инструменты численной теории относительности, обычно используемые для имитации черных дыр, чтобы превратить плоский 2D-лабиринт в изогнутое виртуальное пространство.
Затем исследователи преобразовали эти геодезические модели обратно в карту интенсивности света для лаборатории. Используя цифровой проектор и линзы, они нарисовали эту карту на чашку Петри и позволили физике сделать все остальное.
Почему такой подход важен для роев
Большинство микророботов сегодня является делом "сверху вниз": человеческая или централизованная система отслеживает каждого бота и кукловодит его магнитными полями или акустическими волнами. Это плохо весит.
Новый подход переворачивает сценарий. Вместо того, чтобы вставлять датчики и логику в каждого робота, навигация встраивается в само поле окружающей среды.
Ограничения исследования
Нынешние боты плавают в двух измерениях и полагаются на проецируемое световое поле, поэтому они лучше всего подходят для прозрачных и неглубоких сред.
Тем не менее концептуальный скачок — кодирование карты в физике, а не в электронике — остается ключевым результатом работы.
Будущий потенциал микророботов
Это робототехника, управляемая геометрией пространства-времени, и она указывает на будущее, где сложные коллективные действия достигаются не вычислениями, а формой поля, в котором движутся роботы.
