Mikrorobootika

Mikrorobootika on miniatuurse robootika valdkond, mille peamiseks uurimisobjektiks on vähem kui millimeetriliste mõõtmetega mobiilsed robotid. Terminit kasutatakse ka selliste robotite puhul, mis on võimelised rakendama mikromeetrisuurusi komponente.

Ajalugu

Mikrorobotid sündisid tänu mikrokontrollerite kasutusele võtmisele 20. sajandi viimasel kümnendil ja elektromehaaniliste mikrosüsteemide (MEMS – inglise k microelectromechanical systems) leiutamisele. Varaseimad kontseptsioonid väga väikeste robotite kohta loodi 1970. aastate alguses USA luureagentuuride tollal salastatud teadusuuringutes. Sel ajal kavandatud kasutusotstarvete hulka kuulusid sõjavangide päästmise operatsioonid ja signaaliluure. Mikrorobotite aluseks olevaid miniaturiseerimise tugitehnoloogiaid polnud tol ajal veel täielikult välja töötatud, nii et töötavaid prototüüpe ei olnud võimalik nende varaste arvutuste ja kontseptsioonide põhjal ehitada.

Traadita ühenduste, eriti Wi-Fi arendamine ja kasutuselevõtt on märkimisväärselt parandanud mikrorobotite teabevahetusvõimekust ja sellest tulenevalt ka võimalusi koordineerida roboteid keerukamate ülesannete täitmiseks. Mikrorobotite kommunikatsioonivõimalusi uuritakse palju, sealhulgas on näiteks Harvardi ülikoolis välja töötatud 1024 roboti parv, mis suudab moodustada erinevaid kujundeid. SRI Internationalis on DARPA programmi MicroFactory for Macro Products jaoks töötatud välja ehitusrobotid, mis suudavad kokku panna kergeid ja väga tugevaid struktuure.

Disainikaalutlused

Ehkki eesliidet "mikro-" kasutatakse laialdaselt tähenduses "väike", väldib pikkusskaalade standardiseerimine segadust. Seega peaksid nanorobotite dimensioonid jääma 1 mikromeetri piiridesse või sisaldama komponente suuruses 1–10 nm. Mikroroboti dimensioonid oleksid <1 mm, milliroboti dimensioonid <1 cm, minirobotil <10 cm ja väikesel robotil <100 cm.

Tänu nende väiksusele on mikrorobotid potentsiaalselt väga odavad, seetõttu saaks kasutada suurt arvu mikroroboteid (parvintellektrobootika, inglise k swarm robotics), et uurida keskkondi, mis on liiga väikesed või ohtlikud inimeste või suuremate robotite jaoks. Oodatavasti on mikrorobotid rakendatavad veel näiteks varingutest inimeste otsimiseks, infrastruktuuri ja masinate jälgimiseks ja parandamiseks ning meditsiinis anatoomia kaardistamiseks, veresoonte puhastamiseks või neerukivide eemaldamiseks. Kindlasti leiavad mikrorobotid kasutust sõjanduses. Mikrorobotid korvavad oma vähese jõu ja arvutusvõime arvukusega, töötades suurtes parvedes.

Mikrorobotite liikumisviis tuleneb nende otstarbest ja ettenähtud mõõtmetest. Mikroskaalal on liikumine võimalik üsna ebatavalistel viisidel. Lendavate mikrorobotite Reynoldsi arv on lähedal ühtsusele ehk viskoossed jõud ületavad inertsjõude, seega saaks lendamiseks kasutada Bernoulli tõsteprintsiibi asemel õhu viskoossust. Robotid, mis liiguvad läbi vedelike, saaksid kasutada pöörlevaid vibureid, nagu on soolekepikese motiilsetel vormidel. Hüplemine on energiatõhus ja teeks mikroroboti raskemini tuvastatavaks ning võimaldaks robotil liikuda mitmesugustel pindadel.

Üks peamisi väljakutseid mikrorobotite välja töötamisel on liikumisvõime saavutamine äärmiselt piiratud toiteallikat kasutades. Mikrorobot saab energiaallikana kasutada väikest ja kerget patareid, näiteks nööpelementi, või koguda energiat ümbritsevast keskkonnast vibratsiooni või valgusenergia kujul. Vibratsiooni saab kasutada nii robotite toiteallikana kui ka nende juhtimiseks. Mikrorobotid kasutavad juba ka bioloogilisi mootoreid, näiteks viburitega baktereid liigist Serratia marcescens, et koguda baktereid ümbritsevast vedelikust keemilist energiat roboti liigutamiseks. Bioroboteid saab juhtida keemiliste stiimulite ehk kemotaksise või elektriliste stiimulite ehk galvanotaksise teel. Levinud alternatiiv roboti külge monteeritud toiteallikale on väline toide. Näiteks saab robotite aktiveerimiseks ja juhtimiseks kasutada elektromagneetilisi välju, ultraheli või valgust.

Viited