Imaginez être coincé sous des décombres après une catastrophe naturelle jusqu'à ce qu'un cafard se faufile sous un rocher. Quelques minutes plus tard, les décombres sont retirés et vous êtes tiré en sécurité. Attendez une minute - un cafard a-t-il sauvé votre vie? Pas exactement. Bien que des chercheurs au Japon aient réellement créé des cafards cyborgs pour aider à trouver des survivants coincés sous des décombres après des tremblements de terre, ce n'est pas de cela dont nous parlons. Nous parlons de microbots - de minuscules robots conçus pour répliquer les mouvements de petites créatures comme les insectes pour atteindre des espaces que les humains ne peuvent pas pour tout, de la recherche et du sauvetage à l'inspection en passant par l'exploration spatiale.
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Les microbots sont le plus souvent utilisés dans l'industrie biotechnologique pour développer des thérapeutiques diagnostiques et ciblées pour surveiller et traiter les maladies. Mais ils ont été utilisés pour la surveillance environnementale, la remédiation des sols, la recherche agricole, l'inspection des moteurs à réaction et la recherche et le sauvetage. Non seulement cela - ils sont sur le point d'être utilisés pour une tonne d'autres choses car cette technologie a évolué rapidement au cours des dernières années. Dans ce rapport, nous couvrons comment les petits robots fonctionnent et ce qu'ils peuvent faire, puis couvrons les opportunités les plus incroyables qui sont sur le point d'être débloquées avec cette technologie.
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Tout le monde connaît ces grands bras robotiques utilisés sur les chaînes de montage automobiles pour fabriquer des voitures. En revanche, il existe un mythe selon lequel les petits robots sont des jouets non industriels et inflexibles. Mais de nombreux fabricants industriels utilisent de petits robots pour produire en masse et assembler des unités de contrôle électronique automobiles, des téléphones portables, des dispositifs médicaux, des cartes de circuits imprimés et des seringues.
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Les robots de table sont utilisés pour le tricotage, la tendance des machines, l'alimentation des pièces, les tests et les tâches d'inspection, et peuvent distribuer des adhésifs, polir et serrer des vis et souder des pièces sur les chaînes de montage. Ces petits robots sont généralement classés par leur portée de 500 millimètres ou moins avec une capacité de charge utile inférieure à 3 kilogrammes. Une unité de table mesure seulement 12 pouces de haut, avec une base de la taille de la paume de votre main et pèse moins de 5 kilogrammes. Un autre a la taille de une feuille de papier de 8,5 par 11.
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Ensuite, il y a MiGriBot - le Robot de Préhension Miniaturisé. MiGriBot est le microbot le plus rapide du monde. Il peut saisir et déplacer un micro-objet 720 fois par minute avec une précision d'un micromètre. C'est un millionième de mètre. Ces MiGriBots seront bientôt utilisés pour créer des mini chaînes de montage pour les micro-usines.Ils assembleront des microélectroniques pour les smartphones, les ordinateurs, ou même la nanotechnologie telle que les nanocapteurs pour détecter des produits chimiques toxiques ou des cellules cancéreuses. Et la capacité de produire en masse de la microtechnologie sans le besoin de grands bras pourrait réduire l'électricité à une échelle massive.
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Maintenant, si vous pensiez que MiGriBot était petit... Rencontrez peaky - le plus petit robot télécommandé jamais créé. Large seulement d'un demi-millimètre, Peaky est plus petit qu'une puce. Développé après un crabe peekytoe, il peut se plier, ramper, tourner et sauter. Ces microbots sont destinés à réparer de petites structures ou à assembler de minuscules machines. Mais ils ne sont pas encore à l'échelle industrielle. Alimenter des robots de cette taille peut être un problème. Dans le cas de Peaky, aucune batterie n'est nécessaire. Il utilise un alliage à mémoire de forme qui se déforme et se reforme lorsqu'un faisceau laser le frappe pour créer un mouvement.
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La même équipe a créé des robots de taille millimétrique inspirés par les scarabées, les grillons et les vers, ainsi qu'un microchip ailé. Cette puce est devenue la plus petite structure volante fabriquée par l'homme au monde, de la taille d'un grain de sable. Ces minuscules dispositifs alimentés par l'énergie solaire, porteurs de capteurs, répliquent les pissenlits soufflés par le vent. Bien qu'ils soient 30 fois plus lourds qu'un pissenlit de 1 milligramme, ils peuvent encore parcourir la longueur d'un terrain de football dans une brise modérée, puis partager des données jusqu'à 60 mètres de distance. Leurs capteurs sans fil peuvent surveiller les changements de température et d'humidité à travers les fermes ou les forêts ou suivre la contamination de l'air comme les émissions de GES ou les maladies aéroportées.
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De nombreux créateurs de microbots utilisent la biomimétisme pour styliser les microbots, classés par composants de dimensions plus petites qu'un millimètre et plus grandes qu'un micromètre, après les insectes, certains des plus petits organismes de notre monde. Ce bugbot sauteur est destiné à effectuer des évaluations structurelles ou à prendre des échantillons d'eau là où seuls les insectes peuvent atteindre. Un autre bot imite la capacité des animaux à utiliser les collemboles pour se redresser en plein vol.
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Petits, les drones auto-navigants sont conçus pour penser et se déplacer comme des abeilles pour polliniser les fleurs. Le RoboBee autonome explorera des environnements dangereux, effectuera des recherches et des sauvetages, et tout comme son inspiration naturelle, aidera avec l'agriculture. Les scientifiques prévoient d'utiliser le RoboFly pour trouver des fuites de gaz ou récolter de l'énergie à partir de fréquences radio.
Au-delà de l'agriculture, les applications potentielles des robots inspirés des insectes incluent la fabrication, la surveillance et la défense. Le hélicoptère Nano Black Hornet ne pèse que 16 grammes, mesure quatre pouces de long, et est construit pour résister aux tempêtes. Actuellement évalué à 200 000 $, l'armée l'utilise pour la conscience situationnelle et pour trouver des menaces potentielles sur le champ de bataille. La marine américaine dispose de la plateforme robotique Gecko Robotics Phased Array qui se déplace dans des espaces 3D pour inspecter les dommages dans des endroits que les marins ne peuvent pas atteindre. Ces deux éléments pourraient bientôt être remplacés par des robots encore plus petits.
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L'année dernière, des chercheurs du MIT et de Harvard ont créé de minuscules drones agiles qui manœuvrent comme de véritables insectes. Les chercheurs ont créé des muscles artificiels pour ces robots aériens afin qu'ils puissent rester en vol pendant 20 secondes et peser moins d'un quart de centime. Les chercheurs ont précédemment créé des explorateurs sous-marins autonomes qui travaillent ensemble et communiquent en essaims. Des tests récents ont utilisé des vibrations pour influencer le mouvement de centaines et de milliers de collectifs de microbots, fonctionnant comme une véritable ruche.
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Pour que tous ces robots fonctionnent de manière autonome, ils auront besoin d'outils de vision par ordinateur pour voir. Le LiDar, utilisé pour alimenter certaines voitures autonomes, repose sur de grands capteurs encombrants. Cela a également réduit sa taille. Le LiDar de balayage le plus petit et le plus léger disponible s'appelle SF45 et a été ajouté à un petit drone rover. Mais cela devra être encore plus réduit pour être utilisé par les microbots.
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Plus petits que les microbots sont les nanobots, avec des pièces plus petites qu'un micromètre dans la gamme de nanomètres.Les nanomatériaux ont été développés pour la livraison de médicaments, l'électronique, les cellules de carburant et solaires, et pourraient un jour être utilisés pour l'exploration spatiale - mais nous en parlerons plus tard.
La nanotechnologie est actuellement utilisée dans la remédiation des sols, où les nanomatériaux sont libérés directement dans le sol. Les nanomatériaux détectent et traitent les polluants du sol et peuvent stabiliser les déchets solides ainsi que contrôler l'érosion du sol. Les développements récents en nanotechnologie ont augmenté l'efficacité des matériaux adsorbants pour fournir de nouveaux systèmes innovants pour améliorer la remédiation environnementale. Les chercheurs ont montré comment de minuscules "nano-nageurs auto-propulsés" pourraient libérer eux-mêmes des nanomatériaux pour améliorer la remédiation ou la filtration de l'eau. Et les chercheurs ont déjà développé des nanosystèmes et des nanomatériaux pour éliminer des polluants comme les métaux lourds ou même les déchets radioactifs de l'eau. Les chercheurs ont également créé un preuve de concept pour utiliser des microbots pour décomposer les microplastiques de l'eau potable ou des eaux usées.
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Les contrôles pour faire fonctionner cette nanotechnologie de manière autonome seront l'aspect le plus difficile du développement. Les chercheurs ont récemment créé le plus petit robot marcheur du monde. De la largeur d'un cheveu humain, ils marchent de manière autonome avec un circuit à bord et sans contrôles externes - un exploit considérable. Bien que de taille microscopique actuellement, des techniques similaires devront être imprimées à l'échelle nanométrique pour les nanobots.
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La micro et nanotechnologie est la plus demandée pour les applications de santé, où la biomimétisme est également appliqué. Ces micro-pétoncles, d'une fraction de millimètre de taille, sont conçus pour naviguer dans le flux sanguin humain - et même dans l'œil humain. Les scientifiques ont déjà dirigé un essaim de robots nageurs microscopiques pour éliminer les microbes de la pneumonie des poumons des souris.
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Un équivalent injection d'antibiotiques par voie intraveineuse devrait être 3 000 fois plus élevée pour obtenir le même résultat. Cela pourrait améliorer la pénétration des antibiotiques pour sauver plus de vies - car un million d'adultes aux États-Unis sont hospitalisés pour une pneumonie, et 50 000 en meurent chaque année. Dans le monde, la pneumonie tue en moyenne 2,5 millions de personnes.
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Ce nanobot pris sous forme de pilule peut injecter des médicaments tels que l'insuline directement dans l'intestin, où l'utilisateur ne ressent pas la douleur de l'injection. La microbotique a également conduit à la création du plus petit pacemaker du monde. Les chercheurs de Penn Dental ont utilisé des microbots pour traiter des zones difficiles à atteindre du canal radiculaire pour les biofilms, l'administration de médicaments ou la récupération d'échantillons diagnostiques. Des microbots changeants de forme ont également été utilisés pour brosser et passer le fil dentaire. Des robots 10 fois plus petits qu'un globule rouge pourraient bientôt utilisés pour combattre les cellules cancéreuses, contrôlés par des ondes ultrasonores. Ou des aimants pourraient être utilisés pour délivrer des médicaments via des nanotiges directement à la moelle épinière. D'autres microbots peuvent changer de forme et durcir pour imiter la croissance osseuse.
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Les nanobots peuvent également diffuser des antibiotiques ciblés dans toute une plaie, une amélioration majeure par rapport aux antibiotiques typiques qui ne tuent les bactéries que là où ils sont administrés localement. Cette technologie pourrait être utilisée pour combattre les bactéries cachées dans les implants articulaires du genou ou pour traiter les calculs rénaux. Les bactéries sont la quatrième cause de décès dans les hôpitaux américains et tuent environ 1,2 million de personnes par an.
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Les microbots ont pris la forme de tout, des boues magnétiques à pâtes pour naviguer dans le corps humain et récupérer des objets une fois à l'intérieur. Finalement, ces microbots pourraient être assemblés en essaims pour administrer des médicaments ou déboucher des artères. Une entreprise, Bionaut Labs, prévoit des essais cliniques dans deux ans pour ses microbots injectés dans le corps et guidés par des aimants pour traiter les malformations cérébrales congénitales et les tumeurs. Ce ne sont pas seulement les humains que les microbots pourraient guérir. Des applications similaires pourraient être utilisées pour créer des nanorobots qui se guérissent eux-mêmes. Des chercheurs ont fabriqué des nanobots qui se réparent eux-mêmes lorsqu'ils sont démontés et réparent les circuits lorsqu'ils sont endommagés, comme ceux utilisés pour alimenter les batteries de voitures électriques.
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L'application de nanobot la plus éloignée est l'exploration spatiale, car de nombreuses agences spatiales ont divers types et étapes de plans en cours pour ajouter des nanocapteurs et des nanorobots pour améliorer les performances des vaisseaux spatiaux, des combinaisons spatiales et des rovers spatiaux. Par exemple, les nanotubes de carbone pourraient rendre les vaisseaux spatiaux plus légers, les ascenseurs spatiaux, ou les voiles solaires.[/link] Des couches de bio-nano robots sur les combinaisons spatiales pourraient auto-réparer les dommages, sceller les perforations, ou même fournir directement des médicaments aux astronautes lors d'urgences médicales.
Les agences spatiales pourraient également utiliser des nanocapteurs pour rechercher des produits chimiques essentiels comme l'eau sur des planètes comme Mars, ou surveiller les niveaux de traces de produits chimiques nocifs dans le cadre d'un système de support de vie de navire. Les scientifiques pourraient également créer des nanonavires (ou nanosondes) pour explorer l'univers. La NASA avait des plans pour un essaim de nanotechnologie autonome connu sous le nom de ANTS, et plus récemment, le concept SWIM a reçu un financement de 600 000 dollars. SWIM pourrait potentiellement remplacer l'hélicoptère Ingenuity de la NASA pour informer les rovers sur leur environnement, en équipant chaque robot de l'essaim de ses propres systèmes de propulsion et de communication. La NASA a également annoncé des plans pour son projet "starchip" en 2016, mais les collisions avec le gaz et la poussière flottant dans l'espace seraient suffisantes pour être catastrophiques pour les vaisseaux, donc c'est toujours en cours.
Avec les progrès exponentiels accélérés en IA, il est concevable que la technologie pour envoyer ces nanosondes auto-réplicatives dans l'espace pourrait être prête d'ici 2050. Mais nous laisserons Michio Kaku avoir le dernier mot sur ce sujet.