TEMABROJA
S. Đurić
Energija bakterija i novi algoritmi
Sred izlomljenog električnog polja
Istraživači Univerziteta Drexel su razvili metod
za korišćenje električnih polja za kontrolu
mikrorobota u tečnostima, što im omogu
ćava da automatski osete prepreke i prilagode
pravac kretanja ka zadatom cilju. Ova tehnologija
bi jednog dana mogla da bude korišćena za
unošenje lekova u telo ili za razvijanje mikroskopskih
tehnologija.
Problem sa mikroskopski malim robotima koje pokreću
jata repatih mikroorganizama je što se ne zna
gde će na kraju završiti. Sićušni bioroboti, veličine mikročipa
obloženog „presvlakom” od bičara, izronili su
iz prvobitne baruštine mikrorobotičkih istraživanja
pre nekoliko godina, kao koncept za izradu mikroskopskih
uređaja i za unošenje lekova na ćelijskom nivou.
Ali, kao što biva sa svim robotima, da bi postali korisni,
neophodno je premostiti jaz između kretanja i automatizacije.
Tim inženjera sa Drexel univerziteta možda je
ostvario baš to, ukazuju rezultati istraživanja nedavno
objavljenog u IEEE Transactions on Robotics, koje se
bavi korišćenjem električnih polja za usmeravanje robota
u tečnom okruženju.
❚ Kao čamac na okeanu
Podstaknut izveštajem iz 2014. koji je predstavio
način korišćenja bičara Serratia Marcescens i električ
nog polja za pokretanje mikrorobota, dr Min Jun Kim,
profesor na Tehničkom koledžu Drexel univerziteta i
direktor univerzitetske laboratorije BAST, sada nudi
metod koji bi ih učinio „snalažljivim”.
„Električna polja mogu se koristiti za kretanje mikrorobota
u svim pravcima, poput čamca nošenog okeanskim
strujama. Međutim, u ovoj studiji istražujemo
kako se ta ista polja mogu upotrebiti da pomognu robotu
da uoči prepreke i zaobiđe ih”, navodi Kim.
Ključ koji objedinjuje kretanje i navigaciju sićušnih
hibridnih robota leži u bakterijama Serratia Marcescens.
Ovi štapoliki plivači, poznati kao krivci za urinarne
i respiratorne boliničke infekcije, po prirodi poseduju
negativan električni naboj, a to znači da ih je mogu
će usmeravati kroz električno polje kao da su pikseli na
tabli za mehaničko crtanje.
Kada se podloga, u ovom slučaju četvrtasti čip od
foto senzitivnog materijala SU8 premaže sluzavom
bakterijom, dobija se mikrorobot negativnog električ
nog naboja koji može da se kreće kroz tečnost „jašući”
na talasima električnog polja.
Rep bakterije nalik na bič pomaže robotu da lebdi u
tečnosti i istovremeno mu pruža blagi pogon za kretanje
unapred. Istinska pokretačka snaga potiče od dva električna
polja postavljena pod pravim uglom, čime se teč
nost pretvara u strujnu mrežu. Budući da bakterija ima
negativan naboj, istraživački tim može da upravlja robotom
jednostavnim prilagođavanjem jačine struje.
„Pokazali smo da možemo ručno da usmeravamo
robote i da im damo niz koordinata da bismo ih pomerili
od tačke A do tačke B. Ali, naš cilj u okviru ovog
istraživanja je da osposobimo mikrorobote da sami
menjaju pravac kretanja u zavisnosti od prepreka koje
im se nađu na putu”, ističe Kim. „To iziskuje nivo automatizacije
kakav do sada nije dostignut u istraživanjima
hibridne mikrorobotike.”
Kimov tim je ostvario taj cilj razvivši kontrolni algoritam
koji sićušnim robotima omogućava da efikasno
koriste oblik električnog polja u kojem se kreću
kao sredstvo za otkrivanje i izbegavanje prepreka kao
što sufrer prati talase da bi izbegao opasnosti.
❚ Na bakterijski pogon
Posle niza testova korišćenjem naelektrisanih
čestica, tim je uočio kako se električno polje menja
kada naiđe na prepreke od izolacionog materijala.
„Električno polje je bilo izlomljeno u blizini uglova
prepreke”, zabeležili su autori. „Čestice koje su proš
le pored prvog ugla prepreke takođe su uticale na
putanju čak i onda kada je prostor pred njima bio čist
za prolaz. To je bila posledica izlomljenog električ
nog polja”.
Koristili su ovu deformaciju polja kao važan ulazni
podatak pri razvijanju algoritma. Znači, kada robot
oseti promenu u obrascu polja, algoritam automatski
prilagođava putanju da bi se izbegla prepreka. Na taj
način roboti koriste električno polje i kao provodnik i
kao sredstvo za navigaciju.
Pored informacija koje se odnose na električno polje,
algoritam koristi i vizuelno praćenje koje ostvaruje
kamera povezana s mikroskopom da bi locirao osnovnu
polaznu tačku robota i njegovu krajnju destinaciju.
„Uz ovaj nivo kontrole i podatke iz okruženja mo
žemo da programiramo mikrorobota za donošenje niza
„odluka” koje utiču na prilagođavanje putanje njegovog
kretanja”, kaže Kim. „Ako, na primer, želimo da
robot izbegne što veći broj prepreka, nezavisno od du
žine puta koji treba da pređe možemo da mu zadamo
da odabere najkraću putanju ka svom cilju čak i ako
to podrazumeva probijanje kroz prepreke. Ova relativna
autonomija predstavlja značajan korak za mikrorobotiku
ako nameravamo, jednog dana, da ih ubacimo
u složeni sistem i tražimo od njih da obavljaju zadatke
poput pružanja medicinske terapije ili građenja mikrostruktura.”
Sledeći korak za Kimovu laboratoriju jeste razvijanje
sistema koji se sastoji od više mikrorobota pokretanih
bakterijama, koji bi bio u stanju da upravlja većim
brojem živih ćelija in vitro. Takav sistem bi mogao biti
višestruko primenljiv, uključujući i rad sa matičnim
ćelijama.
S. Đurić
Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"
|
