Po dobu čtyřiceti let byla otázka postavení malého robota považována za neřešitelnou, avšak nyní vědci vyvinuli plně funkční robot, jehož velikost je menší než zrnko soli a který disponuje pozoruhodnými schopnostmi.
Vědecký tým z University of Pennsylvania a University of Michigan se podařilo vyřešit technickou výzvu, která vědeckou komunitu zaměstnávala déle než čtyři desetiletí. Vytvořili robota s integrovaným počítačem, senzory a motorem, jehož celková velikost činí méně než jeden milimetr – tedy menší než zrnko soli.
Tento milník posouvá medicínu blíž k budoucnosti, v níž by mohly být mikroskopické roboty zaváděny do lidského těla, aby opravovaly poškoděné nervy, dopravovaly léky na cílová místa a monitorovaly zdravotní stav buněk pacienta bez nutnosti chirurgického zákroku.
„První miniaturní robot, který má schopnost cítit, myslet a jednat“
„Jedná se o prvního miniaturního robota, který je schopen cítit, myslet a jednat,“ prohlásil Marc Miskin, asistent profesora elektrotechniky a systémového inženýrství na University of Pennsylvania a autor studie, která byla tento týden publikována v časopise Science Robotics.
Zařízení, které je považováno za nejmenší robot na světě schopný samostatného rozhodování, představuje důležitý krok směrem k cíli, jež byl kdysi spojen se science fiction. V šedesátých letech minulého století, snímek „Fantastic Voyage“ představil lékařský tým, který byl umístěn na palubě ponorky a zmenšen na velikost mikroorganismu. Tato mikroskopická lékařská posádka byla následně injikována do těla umírajícího muže, aby zlikvidovala nevhodný krevní sraženinu.
„Za sto let bychom rádi, abychom mohli nahradit všechny úkony, které dnes chirurg dělá, roboty,“ uvedl David Gracias, profesor na Johns Hopkins University, který se na studii nepodílel. „Ale na to jsme zatím nedošli.“
Historie miniaturizace robotů
V roce 1989, dva desetiletí po „Fantastic Voyage“, napsali Rodney A. Brooks a Anita M. Flynn, vědci z Massachusetts Institute of Technology, článek s názvem „Fast, Cheap and Out of Control: A Robot Invasion of the Solar System“, v němž popsali robota, který vyvinuli a který měl velikost pouhých 1¼ kubické palce a byl pojmenován Squirt.
„Když byl článek ‚Fast, Cheap and Out of Control‘ publikován, lidé si mysleli, že mikrorobotika je za rohem. … Jak se ukázalo, trvalo to déle, než jsme očekávali, abychom všechny tyto věci dali dohromady,“ uvedl Sawyer Fuller, profesor strojního inženýrství na University of Washington a také neparticipující ve vývoji nového mikrorobota.
Pokročilé technologie miniaturizace
Miskin řekl, že mikrorobot postavený týmy z Michiganu a Pennsylvánie je přibližně 1/100 velikosti MIT Squirtu, avšak stále není připraven pro biomedicínské aplikace. „Nebyl bych překvapen, kdybychom v průběhu následujících deseti let našli skutečné aplikace pro tento typ robota,“ dodal David Blaauw, spoluautor studie v Science Robotics a profesor elektrotechniky a informatiky na University of Michigan.
Vytváření robotů menších než milimetr
Desítky let snili vědci o vytvoření mikrorobota menšího než jeden milimetr, což je velikost, která odpovídá nejmenším biologickým jednotkám, uvedl Miskin. „Každé živé bytosti je v podstatě velká kompozice složená z 100-mikrometrických robotů, a když se nad tím zamyslíte, uvědomíte si, že je působivé, že příroda zvolila tuto velikost pro organizaci života.“ Pro srovnání, lidský vlas má průměr přibližně 70 mikrometrů, zatímco velikost lidských buněk je kolem 20 až 40 mikrometrů.
Technické výzvy
Přestože se vědci a inženýři již více než půl století snaží miniaturizovat obvody, výzvou bylo zmenšit všechny komponenty nezbytné pro funkční mikrorobot a poté je sestavit, aniž by došlo k poškození nebo vzájemné interferenci. Robot potřebuje zdroj energie, který je schopný napájet počítač a pohybovat robotem.
Před pěti lety se Miskin, jehož obor je stavba mikrorobotů, setkal s Blaauwem, když oba přednášeli jeden po druhém. Blaauws laboratoř v té době – a má to i dnes – byla oceněna za vývoj nejmenšího počítače na světě. „Během prezentací jsme si říkali, že musíme navázat kontakt,“ vzpomínal Blaauw.
Mikroskopické solární panely
Zařízení, které vytvořili, používá mikroskopické solární panely, jež přeměňují světlo na energii. Jeden díl této energie napájí počítač, zatímco druhý pohání robota, zatímco plave kapalným prostředím. Počítač funguje průměrně tisíckrát pomaleji než dnešní laptopy a má mnohem menší kapacitu paměti. V laboratoři osvětlovali vědci robota pomocí LED lampy, když se nacházel v roztoku. Robot mezi jehož složkami jsou materiály charakteristické pro mikročipy, jako je křemík, platina a titan.
Bezpečnostní aspekt
Aby byl chráněn před vlivem kapaliny, je mikrorobot pokryt silnou vrstvou skla, uvádí Miskin. Sklo obsahuje několik otvorů, naplněných platinovým kovem, které tvoří elektrody umožňující elektrický přístup. Na Johns Hopkins University podtrhnul Gracias, že vědci musí zajistit, aby materiály použité pro mikroroboty byly bezpečné pro použití v lidském těle.
Schopnosti robota
Senzory na robotu mu umožňují reagovat na různé teploty v kapalinách. K pohybu zařízení využívá energii solárních článků k nabíjení dvou kovových elektrod na obou stranách. Tyto elektrody přitahují částice opačného náboje ve vodě, čímž vytvářejí proud, který posunuje robota vpřed. Zatímco plave, robot komunikuje se svým operátorem. „Můžeme mu posílat zprávy přes laptop a informovat ho, co má udělat,“ říká Miskin, „a on nám může zasílat zprávy zpět, aby nás informoval, co viděl a co vykonal.“
Komunikace inspirovaná včelami
Robot komunikuje pomocí pohybů inspirovaných tance včel, který včely používají k komunikaci. V létě vědci pozvali skupinu studentů, aby otestovali nové mikroroboty. Studenti byli schopní sledovat pohyby robotů pomocí speciálního, cenově výhodného mikroskopu. „Byli nadšení,“ sdělil Miskin. „Na začátku to byla jistě malá výzva zvyknout si pracovat s něčím tak malým. Ale to je na tom to zajímavé. Jakmile se přizpůsobili, byli všichni nadšeni.“ Miskin zmínil, že verze robota, se kterou studenti pracovali, stála pouhých 10 dolarů.
Budoucnost nového mikrorobota
Nyní vědci pracují na dalším zdokonalování mikrorobota tak, aby mohl být použit v slané vodě, na zemi a v jiných prostředích. Dlouhodobým cílem, jak poznamenal Blaauw, je vyvinout mikroskopické počítače, které nebudou komunikovat pouze se svými operátory. „Naším dalším velkým cílem je, že by měli moci komunikovat mezi sebou,“ poznamenal.
O autorovi
Mark Johnson nastoupil do Washington Post v červenci 2022 poté, co po dobu 22 let reportoval o zdravotních a vědeckých tématech pro Milwaukee Journal Sentinel. Psali o prvním člověku, který přežil infekci vzteklinou bez očkování, a referoval o prvním použití plné sekvenace genů pro diagnostiku a léčbu nové choroby.
Tento článek byl poprvé publikován 12. prosince 2025 v anglickém jazyce na „Washingtonpost.com“, a nyní díky spolupráci má rovněž svou překladovou verzi k dispozici čtenářům na portálech IPPEN.MEDIA.
