Các nhà khoa học vừa chế tạo thành công những robot vi mô, chỉ nhỏ bằng một sinh vật đơn bào và 'hoạt động vĩnh cửu' nhờ ánh sáng

Một bước tiến vĩ đại trong thế giới vi mô vừa được xác lập khi các nhà nghiên cứu tại Đại học Pennsylvania và Đại học Michigan chính thức công bố loại robot tự hành, lập trình đầy đủ nhỏ nhất thế giới. Với kích thước chỉ 0,2 x 0,3 x 0,05 mm - tương đương một sinh vật đơn bào và gần như vô hình trước mắt thường - những cỗ máy này đang xóa nhòa ranh giới giữa công nghệ và sinh học.

Cơ chế vận hành phi thường trong thế giới "siêu nhỏ"

Việc chế tạo robot ở quy mô vi mô luôn là thách thức lớn bởi các định luật vật lý hoạt động rất khác biệt; tại kích thước này, nước trở nên đặc quánh như xi-rô đối với các vật thể chuyển động. Để vượt qua trở ngại đó, nhóm nghiên cứu đã loại bỏ hoàn toàn các bộ phận chuyển động cơ học như chân vịt hay khớp nối.

Thay vào đó, các robot sử dụng một phương pháp tinh tế: chúng tạo ra điện trường để tác động lên các ion trong chất lỏng xung quanh, từ đó tạo ra lực đẩy giúp chúng di chuyển. Thiết kế không ma sát này giúp robot đạt độ bền đáng kinh ngạc, cho phép chúng bơi lội tự do trong nhiều tháng liền mà không hỏng hóc.

Bộ não siêu việt tiêu thụ năng lượng cực thấp

Điểm đột phá của phát minh này nằm ở sự kết hợp hoàn hảo giữa cơ khí và điện toán. Trong khi Đại học Pennsylvania chịu trách nhiệm về cơ chế vận động, thì Đại học Michigan đã cung cấp "bộ não" cho robot: một vi xử lý siêu nhỏ chỉ tiêu thụ 75 nanowatt điện năng - thấp hơn 100.000 lần so với một chiếc đồng hồ thông minh.

Nguồn sống của robot đến từ ánh sáng. Bề mặt của chúng được bao phủ bởi các tế bào quang điện, vừa đóng vai trò thu năng lượng, vừa là bộ phận tiếp nhận thông tin lập trình. Mỗi robot sở hữu một mã định danh riêng, cho phép các nhà khoa học gửi mệnh lệnh cụ thể đến từng cá thể trong một quần thể lớn.

Từ hành vi bầy đàn đến ứng dụng thực tiễn

Không chỉ di chuyển đơn thuần, những robot này còn thể hiện khả năng "tư duy" sơ cấp. Chúng được trang bị cảm biến nhiệt độ với độ nhạy cao, có thể phát hiện sự thay đổi chỉ 1/3 độ C. Khi phát hiện môi trường thay đổi, chúng có thể tự động di chuyển về phía vùng ấm hơn hoặc thực hiện hành động lắc lư - mô phỏng "điệu nhảy" của loài ong - để báo hiệu. Thậm chí, chúng còn có thể phối hợp di chuyển theo nhóm, hoạt động đồng bộ như một đàn cá.

Với chi phí sản xuất chỉ khoảng một xu cho mỗi đơn vị, công nghệ này mở ra tiềm năng ứng dụng khổng lồ. Marc Miskin, phó giáo sư tại Penn, khẳng định đây mới chỉ là chương khởi đầu. Trong tương lai, những robot này có thể được tích hợp thêm nhiều cảm biến phức tạp để thâm nhập vào các môi trường khắc nghiệt, thực hiện các nhiệm vụ y học chính xác bên trong cơ thể người hoặc tham gia vào quy trình sản xuất vi mô mà con người chưa từng chạm tới.