Imagine estar preso sob escombros após um desastre natural até que uma barata se esgueira por debaixo de uma pedra. Minutos depois, os escombros são removidos e você é resgatado em segurança. Espere um minuto - uma barata salvou sua vida? Não exatamente. Embora pesquisadores no Japão tenham criado baratas ciborgues para ajudar a encontrar sobreviventes presos sob escombros após terremotos, não é disso que estamos falando. Estamos falando sobre microbots - pequenos robôs projetados para replicar os movimentos de pequenas criaturas como insetos para alcançar espaços que os humanos não conseguem, para tudo, desde busca e resgate até inspeção e até exploração espacial.
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Os microbots são mais comumente usados na indústria de biotecnologia para desenvolver diagnósticos e terapêuticas direcionadas para monitorar e tratar doenças. Mas eles também têm sido usados para monitoramento ambiental, remediação de solo, pesquisa agrícola, inspeção de motores a jato e busca e resgate. Não só isso - eles estão prestes a ser usados para muitas outras coisas, pois essa tecnologia avançou rapidamente nos últimos anos. Neste relatório, abordamos como os pequenos robôs funcionam e o que eles podem fazer, e então cobrimos as oportunidades mais incríveis que estão prestes a ser desbloqueadas com essa tecnologia.
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Todos conhecem aqueles grandes braços robóticos usados nas linhas de montagem automotiva para fabricar carros. Em contraste, há um mito de que pequenos robôs são brinquedos não industriais e inflexíveis. Mas muitos fabricantes industriais usam pequenos robôs para produzir em massa e montar unidades de controle eletrônico automotivo, celulares, dispositivos médicos, placas de circuito impresso e seringas.
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Robôs de bancada são usados para tricotar, atender máquinas, alimentar peças, testar e inspecionar tarefas, e podem dispensar adesivos, polir e apertar parafusos e soldar peças em linhas de montagem. Esses pequenos robôs são normalmente classificados por seu alcance de 500 milímetros ou menos com uma capacidade de carga inferior a 3 quilogramas. Uma unidade de bancada tem apenas 12 polegadas de altura, com uma base do tamanho da palma da sua mão e pesa menos de 5 quilogramas. Outro tem o tamanho de uma folha de papel de 8,5 por 11.
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Então, temos o MiGriBot - o Robô Miniaturizado de Agarrar. O MiGriBot é o microbot mais rápido do mundo. Ele pode agarrar e mover um micro-objeto 720 vezes por minuto com a precisão de um micrômetro. Isso é um milionésimo de metro. Esses MiGriBots em breve serão usados para criar mini linhas de montagem para microfábricas.Eles montarão microeletrônicos para smartphones, computadores, ou até mesmo nanotecnologia como nanossensores para detectar substâncias químicas tóxicas ou células cancerígenas. E a capacidade de produzir microtecnologia em massa sem a necessidade de braços gigantes poderia reduzir o consumo de eletricidade em uma escala massiva.
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Agora, se você achou que o MiGriBot era pequeno... Conheça o peaky - o menor robô controlado remotamente já criado. Com apenas meio milímetro de largura, o Peaky é menor que uma pulga. Desenvolvido a partir de um caranguejo peekytoe, ele pode dobrar, rastejar, torcer e pular. Esses microbots são destinados a reparar pequenas estruturas ou montar minúsculas máquinas. Mas eles ainda estão longe de serem produzidos em escala industrial. Alimentar robôs desse tamanho pode ser um problema. No caso do Peaky, não são necessárias baterias. Ele usa uma liga de memória de forma que se deforma e reforma quando um feixe de laser o atinge para criar movimento.
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A mesma equipe criou robôs do tamanho de milímetros inspirados em besouros, grilos e lagartas, bem como um microchip alado. Este chip se tornou a menor estrutura voadora feita pelo homem do tamanho de um grão de areia. Esses minúsculos dispositivos alimentados por energia solar e carregando sensores replicam dandelions soprados pelo vento. Embora sejam 30 vezes mais pesados que um dandelion de 1 miligrama, eles ainda podem percorrer o comprimento de um campo de futebol em uma brisa moderada, e então compartilhar dados a até 60 metros de distância. Seus sensores sem fio podem monitorar mudanças de temperatura e umidade em fazendas ou florestas ou rastrear contaminação do ar como emissões de GEE ou doenças transmitidas pelo ar.
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Muitos criadores de microbots usam biomimética para modelar microbots, classificados por componentes com dimensões menores que um milímetro e maiores que um micrômetro, após insetos, alguns dos menores organismos do nosso mundo. Este bugbot saltador é destinado a realizar avaliações estruturais ou coletar amostras de água onde apenas insetos podem alcançar.Outro robô imita a habilidade dos animais de usar pulgões para se endireitar em pleno voo.
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Pequenos, drones autônomos são projetados para pensar e se mover como abelhas para polinizar flores. O RoboBee autônomo irá explorar ambientes perigosos, realizar buscas e resgates e, assim como sua inspiração natural, auxiliar na agricultura. Os cientistas planejam usar o RoboFly para encontrar vazamentos de gás ou colher energia de frequências de rádio.
Além da agricultura, as possíveis aplicações de robôs inspirados em insetos incluem manufatura, vigilância e defesa. O helicoptero nano Black Hornet pesa apenas 16 gramas, tem quatro polegadas de comprimento e é construído para resistir a tempestades. Atualmente custando $200K, o exército o utiliza para consciência situacional e para encontrar potenciais ameaças no campo de batalha. A Marinha dos EUA possui a plataforma robótica Gecko Robotics Phased Array que rasteja em espaços 3D para inspecionar danos em lugares que os marinheiros não conseguem alcançar. Ambos poderiam em breve ser substituídos por robôs ainda menores.
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No ano passado, pesquisadores do MIT e de Harvard criaram pequenos drones ágeis que manobram como verdadeiros insetos. Os pesquisadores criaram músculos artificiais para esses robôs aéreos que podem pairar por 20 segundos e pesam menos que um quarto de um centavo. Pesquisadores anteriormente criaram exploradores subaquáticos autônomos que trabalham juntos e se comunicam em enxames. Testes recentes usaram vibrações para influenciar como centenas e milhares de coletivos de microbots se movem, operando como uma verdadeira mente coletiva.
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Para todos esses robôs operarem de forma autônoma, eles precisarão de ferramentas de visão computacional para ver. O LiDar, usado para alimentar alguns carros autônomos, depende de sensores grandes e pesados. Isso também ficou menor. O LiDar de varredura mais pequeno e leve disponível é chamado de SF45 e foi adicionado a um pequeno drone rover. Mas isso precisará ser reduzido ainda mais para ser usado por microbots.
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Menores que os microbots são os nanobots, com partes menores que um micrômetro na faixa de nanômetros. Nanomateriais foram desenvolvidos para entrega de medicamentos, eletrônicos, células de combustível e solares, e poderiam ser usados um dia para exploração espacial - mas falaremos mais sobre isso mais tarde.
A nanotecnologia é atualmente usada na remediação do solo, onde nanomateriais são liberados diretamente no solo. Os nanomateriais detectam e tratam poluentes do solo e podem estabilizar resíduos sólidos, bem como controlar a erosão do solo. Desenvolvimentos recentes em nanotecnologia aumentaram a eficácia de materiais adsorventes para fornecer novos sistemas inovadores para melhorar a remediação ambiental. Pesquisadores mostraram como minúsculos "nano-nadadores" autônomos poderiam liberar nanomateriais para melhorar a remediação ou filtração de água. E os pesquisadores já desenvolveram nanossistemas e nanomateriais para remover poluentes como metais pesados ou até mesmo resíduos radioativos da água. Os pesquisadores também criaram um prova de conceito para usar microbots para decompor microplásticos da água potável ou das águas residuais.
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Controles para fazer essa nanotecnologia funcionar autonomamente serão o aspecto mais difícil do desenvolvimento. Pesquisadores recentemente criaram o menor robô andante do mundo. Com a largura de um fio de cabelo humano, eles andam autonomamente com um circuito a bordo e sem controles externos - uma grande conquista. Embora agora estejam na escala micro, técnicas semelhantes precisarão ser impressas na escala nano para nanobots.
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Micro e nanotecnologia estão mais em demanda para aplicações de saúde, onde a biomimética também é aplicada. Esses micro-vieiras, apenas uma fração de um milímetro de tamanho, são projetadas para navegar na corrente sanguínea humana - e até mesmo no olho humano.Cientistas já direcionaram um enxame de robôs microscópicos nadadores para eliminar micróbios de pneumonia dos pulmões de ratos.
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Uma injeção intravenosa de antibiótico equivalente precisaria ser 3.000 vezes maior para alcançar o mesmo resultado. Isso poderia melhorar a penetração de antibióticos para salvar mais vidas - já que um milhão de adultos nos EUA são hospitalizados por pneumonia, e 50.000 morrem anualmente. No mundo todo, a pneumonia mata em média 2,5 milhões de pessoas.[text] [text]Este nanobot, tomado como uma pílula, pode injetar medicamentos como insulina diretamente no intestino, onde o usuário não sente a dor da injeção. A microbótica também levou à criação do menor marca-passo do mundo. Pesquisadores da Penn Dental usaram microbots para tratar áreas de difícil acesso do canal radicular para biofilmes, entrega de medicamentos ou recuperação de amostras diagnósticas. Microbots que mudam de forma também foram usados para escovar e passar fio dental nos dentes. Robôs 10 vezes menores que uma célula vermelha do sangue podem em breve ser usados para combater células cancerígenas, controlados por ondas de ultrassom. Ou ímãs podem ser usados para entregar medicamentos por meio de nanovaretas diretamente na medula espinhal. Outros microbots podem mudar de forma e endurecer para imitar o crescimento ósseo.[text] [text]Nanobots também podem espalhar antibióticos direcionados por toda uma ferida, uma grande melhoria em comparação com os antibióticos típicos que só matam bactérias onde são administrados localmente. Esta tecnologia poderia ser usada para combater bactérias escondidas no joelho ou em outros implantes articulares ou para tratar pedras nos rins. A bactéria é a quarta maior causa de morte em hospitais dos EUA e mata aproximadamente 1,2 milhão de pessoas por ano.
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Microbots assumiram a forma de tudo, desde lodo magnético até massa para navegar pelo corpo humano e recuperar objetos uma vez dentro. Eventualmente, esses microbots poderiam ser montados em enxames para entregar medicamentos ou desbloquear artérias. Uma empresa, Bionaut Labs, planeja ensaios clínicos dentro de dois anos para seus microbots injetados no corpo e guiados por ímãs para tratar malformações cerebrais congênitas e tumores. Não são apenas os humanos que os microbots poderiam curar. Aplicações semelhantes poderiam ser usadas para criar nanobots que se curam também. Pesquisadores criaram nanobots que se auto-reparam quando quebrados e reparam circuitos quando se danificam, como os usados para alimentar baterias de carros elétricos.
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A aplicação de nanobot mais distante é a exploração espacial, pois muitas agências espaciais têm vários tipos e estágios de planos em andamento para adicionar nanossensores e nanorobôs para melhorar o desempenho de naves espaciais, trajes espaciais e rovers espaciais. Por exemplo, nanotubos de carbono poderiam tornar as naves espaciais mais leves, elevadores espaciais, ou velas solares. Camadas de bio-nano robôs para trajes espaciais poderiam auto-reparar danos, selar perfurações ou até mesmo fornecer medicamentos diretamente aos astronautas durante emergências médicas.
As agências espaciais também poderiam usar nanossensores para procurar planetas como Marte por produtos químicos essenciais como água, ou monitorar níveis traço de produtos químicos prejudiciais como parte de um sistema de suporte de vida de uma nave. Os cientistas também poderiam criar nanonaves (ou nanossondas) para explorar até mesmo o universo. A NASA tinha planos para um enxame de nanotecnologia autônomo conhecido como ANTS, e mais recentemente, o conceito SWIM recebeu um financiamento de $600,000. O SWIM poderia potencialmente substituir o helicóptero Ingenuity da NASA para informar rovers sobre seu ambiente, armando cada robô no enxame com seus próprios sistemas de propulsão e comunicação. A NASA também anunciou planos para seu projeto "starchip" em 2016, mas colisões com gás e poeira flutuando no espaço seriam suficientes para serem catastróficas para as naves, então ainda está em progresso.
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Com acelerados avanços exponenciais em IA, é concebível que a tecnologia para enviar essas nanossondas autoreplicantes para o espaço possa estar pronta até 2050. Mas vamos deixar Michio Kaku ter a última palavra sobre isso.