Sabine Hossenfelder: Backreaction

Robot-robot kecil ini bisa bekerja di dalam tubuh Teknologi Anda.

[Ini adalah transkrip video yang disematkan di bawah ini. Beberapa penjelasan mungkin tidak masuk akal Technology tanpa animasi dalam video.]

Ketika saya dewasa, salah satu film favorit saya adalah "Innerspace", di mana seorang pria miniatur dan, secara tidak sengaja, berakhir di dalam tubuh orang lain. Kami tidak akan mengecilkan orang untuk membuat mereka masuk ke dalam pembuluh darah dalam waktu dekat. Tetapi menyuntikkan robot kecil yang dikendalikan dari jarak jauh ke dalam tubuh manusia tidak terlalu mengada-ada. Robot kecil apa yang sedang dikerjakan para ilmuwan? Seberapa jauh teknologinya? Dan, selain membuat Rohin menganggur, untuk apa mereka bisa baik? Itulah yang akan kita bicarakan hari ini.

Hal pertama yang pertama, "robot kecil" bukanlah istilah teknis. Para ilmuwan ingin lebih tepat dan berbicara tentang microbots atau nanobots, untuk robot seukuran mikrometer atau nanometer. Sekadar referensi, lebar rambut manusia sekitar sepersepuluh milimeter. Mikrometer seratus kali lebih kecil dari lebar rambut. Dan nanometer seratus ribu kali lebih kecil. Jadi, ya, itu benar-benar sangat kecil. Tetapi beberapa robot "kecil" berukuran hingga beberapa milimeter. Kurasa kita harus memanggil para millibot itu. Dan kemudian xenobots. Kita akan membicarakannya nanti.

Anda mungkin berpikir masalah dengan robot kecil adalah bahwa mereka kecil. Tapi sebenarnya bukan itu masalahnya. Teknologi modern telah sangat sukses dalam miniaturisasi, dan saya tidak berbicara tentang ponsel. Lihatlah gambar beberapa roda gigi di sebelah tungau debu ini. Itulah yang saya bicarakan. Kami sudah memiliki teknologi untuk membangun hal-hal kecil.

Tidak, masalah dengan robot kecil adalah yang berbeda. Itu, terlepas dari apakah awalannya nano, mikro, atau xeno, pada skala kecil seperti itu, hukum fisika yang berbeda menjadi relevan. Anda tidak bisa hanya mengambil robot seukuran manusia dan menurunkannya, itu tidak masuk akal.

Untuk robot kecil, kekuatan seperti gesekan dan ketegangan permukaan menjadi jauh lebih penting daripada bagi kita. Itu sebabnya serangga dapat bergerak dengan cara yang tidak bisa dilakukan manusia, seperti berjalan di atas air, atau berjalan terbalik di langit-langit, atau seperti, terbang. Robot kecil memang bisa terbang sepenuhnya tanpa sayap. Mereka hanya mengapung di udara seperti butiran debu. Robot kecil membutuhkan cara yang berbeda untuk bergerak, tergantung pada ukuran dan media yang seharusnya mereka kerjakan, atau pada.

Ada alasan lain mengapa robot kecil lebih dari sekadar versi kecil robot besar, itu karena Anda membutuhkannya dalam jumlah besar dan mereka harus dapat mengoordinasikan tugas mereka. Bayangkan misalnya Anda ingin mengirimkan obat ke sel kanker dengan robot dengan ukuran yang sebanding dengan sel. Nah, maka Anda membutuhkan banyak robot itu hanya karena ada banyak sel di tumor. Tumor satu sentimeter kubik biasanya terbuat dari sekitar seratus juta sel. Itu berarti, produksi robot ini harus mudah, murah dan cepat.

Tapi cukup bicara tentang masalah, mari kita lihat beberapa robot yang telah dibangun oleh para insinyur.

Robot kecil sering mengandalkan bahan fleksibel yang dapat berubah bentuk. Berikut adalah contoh robot kecil yang panjangnya beberapa milimeter. Ini dikembangkan oleh sekelompok peneliti dari Max Planck Institute di Stuttgart, Jerman. Mereka mempublikasikan hasil mereka di majalah Nature pada tahun 2018.

Robot kecil ini pada dasarnya adalah sepotong silikon elastis dengan beberapa bahan magnetik ditambahkan. Karena bahan magnetik, seseorang dapat menggunakan medan magnet untuk menekuk dan memindahkannya, dalam berbagai cara yang kelompok telah mengambil inspirasi dari cacing, ulat dan ubur-ubur. Medan magnet yang mereka gunakan memiliki kekuatan Tesla biasanya 10 mili. Itu kuat, tetapi tidak super kuat, sekitar beberapa ribu kali lebih sedikit dari apa yang Anda butuhkan untuk MRI.

Beberapa milimeter masih cukup besar jika Anda ingin bergerak di sekitar tubuh manusia. Berikut adalah contoh lain baru-baru ini dari robot yang kurang dari sepersepuluh milimeter. Ini dikembangkan oleh para peneliti di Cornell dan Pennsylvania University. Robot kecil ini pada dasarnya terdiri dari tubuh yang memiliki sel surya dan empat kaki. Jika seseorang menerangi sel surya dengan pulsa laser, maka kaki bergerak.

Robot-robot ini dapat dengan mudah diproduksi secara massal menggunakan teknik yang sama yang saat ini digunakan untuk memproduksi microchip secara massal. Tim memperkirakan bahwa untuk satu dolar AS, Anda dapat menghasilkan sekitar seribu robot tersebut, masing-masing dilengkapi dengan jam, sensor, dan pengontrol yang dapat diprogram. Untuk memberi Anda rasa skala, robot-robot ini sangat kecil sehingga mereka dapat disedot dengan jarum suntik, yang saya yakin akan menyenangkan teori konspirasi dan anti-vaxers. Para peneliti berharap bahwa di masa depan robot mereka dapat beroperasi dengan sinar matahari sebagai sumber daya.

Itu terlihat rapi. Kecuali, yah, tidak ada banyak sinar matahari di tubuh manusia. Memang, bagaimana mendapatkan microbots di tempat yang diinginkan untuk melakukan pekerjaan mereka mungkin merupakan tantangan terbesar saat ini. Pada dasarnya ada dua cara untuk menyelesaikannya. Anda menggunakan semacam kontrol eksternal. Itu bisa menggunakan medan magnet atau listrik atau ultrasound atau laser. Atau Anda menggunakan semacam mekanisme self-propulsion.

Contoh robot self-propelled berasal dari dua peneliti Jepang yang menerbitkan makalah pada tahun 2019. Robot kecil mereka pada dasarnya adalah tabung kecil yang memiliki anoda dan katoda, dan mereka bertindak pada molekul organik yang juga akan Anda temukan di dalam tubuh manusia. Akibatnya, robot bergerak maju karena momentum dilestarikan. Ini semua fisika!

Metode lain untuk bergerak di sekitar robot kecil adalah dengan mendorongnya dengan bakteri yang dapat dikendalikan dengan medan magnet. Ya, ada bakteri yang merespon medan magnet, spesies ini disebut Magnetobacterium. Ide ini dikemukakan pada tahun 2006 oleh sebuah kelompok dari Laboratorium NanoRobotics di Quebec, Kanada. Medan magnet yang mereka gunakan adalah setengah Gauss, yang kira-kira kira urutan besarnya lebih kecil dari medan yang mereka gunakan untuk menekuk milibot fleksibel. Sekali lagi itu kuat tetapi tidak super kuat. Tetapi gagasan propulsi yang dibantu bakteri ini belum dieksplorasi lebih lanjut.

Motivasi utama untuk robot kecil adalah bahwa suatu hari mereka dapat digunakan untuk melakukan tugas-tugas di pembuluh darah atau di dalam jaringan manusia, untuk membuat operasi kurang invasif atau untuk seluruh menghindari mereka. Mereka juga dapat digunakan untuk mengirimkan obat ke target tertentu untuk membuat pengobatan lebih efektif dan melindungi jaringan di sekitarnya. Selain itu, mereka dapat secara pasif mengumpulkan data tentang lingkungan mereka dengan penanda waktu dan lokasi yang sangat tepat. Tapi ini bukan satu-satunya hal robot kecil bisa baik untuk.

Sebuah tim peneliti dari Republik Ceko misalnya telah mengembangkan mikrobot yang dapat menangkap dan menghancurkan mikroplastik. Robot ini berbentuk bintang dan hanya berukuran sekitar 4 mikrometer, jadi itu lebih kecil dari yang sebelumnya telah kita lihat. Hal ini juga didukung oleh sinar matahari. Dalam sebuah makalah yang diterbitkan beberapa minggu yang lalu para peneliti menunjukkan bagaimana robot kecil mereka terjebak pada potongan mikroplastik segera setelah menyentuhnya. Robot kemudian mempercepat degradasi plastik.

Jumlah hasil tes mereka tidak terlalu mengesankan: Dalam percobaan laboratorium, robot Technology informasi mengurangi berat plastik hanya 3% dalam satu minggu. Sekali lagi, ini hanya bukti konsep. Mungkin suatu hari kita bisa melepaskan triliunan robot ini di laut atau di mana pun Anda ingin membersihkan dan membiarkan mereka melakukan pekerjaan untuk Anda.

Kecuali, yah, Anda mungkin hanya menukar polusi mikroplastik dengan polusi mikrobot. Inilah sebabnya mengapa Michael Sailor dari University of California San Diego telah mengusulkan untuk mengebor lubang berukuran nanometer menjadi robot kecil untuk membuat kemudian kurang tahan lama. Mereka kemudian akan dengan mudah terdegradasi dalam beberapa hari atau bulan, tergantung pada kondisinya, dan membusuk menjadi senyawa silikon tidak beracun.

Beberapa peneliti berpikir tentang robot secara berbeda. Mereka menggabungkan bahan biologis, seperti bagian sel, dengan bahan sintetis. Robot hibrida ini tidak hanya menjanjikan karena memungkinkan para peneliti untuk menggunakan mekanisme propulsi yang telah dikembangkan evolusi, tetapi juga karena mereka dapat memperbaiki masalah lain. Robot dalam tubuh manusia dapat diserang oleh sistem kekebalan tubuh. Robot hibrida yang menyerupai sel atau bagian sel dapat sangat meringankan masalah ini.

Contoh robot hibrida kecil yang dapat berenang melalui darah dikembangkan oleh para peneliti di University of California San Diego pada tahun 2018. Tujuan mereka adalah menggunakan robot untuk menghilangkan bakteri berbahaya dan racun yang dihasilkan bakteri. Robot mereka memiliki ukuran sekitar satu mikrometer, didukung oleh ultrasound, dan dapat melakukan perjalanan hingga 35 mikrometer per detik.