Cum ne ajută teoria relativității lui Einstein să controlăm roboți microscopici

Advertisement

Advertisement

O echipă de cercetători a realizat un progres semnificativ, creând o tehnică inovatoare care permite controlul roboților microscopici prin intermediul modelelor de lumină, ținând cont de principiile relativității speciale formulate de Einstein. Această descoperire deschide calea către utilizarea acestor dispozitive minuscule într-o gamă largă de domenii, de la tratamente medicale avansate până la fabricarea de microcipuri pentru computere, conform unui studiu recent publicat în revista științifică npj Robotics (Nature).

Dezvoltarea microroboților utili se lovește de o problemă majoră: miniaturizarea lor, fără a compromite capacitatea de navigare. Senzorii și componentele electronice necesare pentru a ghida roboții îi pot face prea mari pentru a opera în spații restrânse, cum ar fi în interiorul corpului uman. Pentru a rezolva această dificultate, cercetători de la Universitatea din Pennsylvania au conceput un sistem inovator, un fel de „spațiu-timp artificial”, care permite roboților să se deplaseze într-un mod similar cu modul în care lumina se propagă prin cosmos.

Pentru a testa capacitățile lor, oamenii de știință au plasat roboți minusculi, de dimensiunea unui fir de păr, într-o soluție specială și i-au ghidat printr-un labirint simplu. Acești roboți, de doar 100 de microni, erau echipați cu mici celule solare și electrozi. Expunerea la lumină activa celulele solare, alimentând electrozii și creând un câmp electric care îi propulsa prin soluție.

Pentru a controla cu exactitate minuscule roboți în interiorul unor labirinturi, cercetătorii au exploatat principiile relativității. Teoria lui Einstein arată că gravitația deformează spațiul și timpul în preajma obiectelor mari. Astfel, chiar dacă lumina se deplasează în linie dreaptă, traiectoria ei pare să se curbeze în jurul unor corpuri masive, un fenomen vizibil în cazul lentilelor gravitaționale, unde lumina este deviată și intensificată pe măsură ce trece prin câmpul gravitațional al unor structuri cosmice imense.

Conform cercetărilor recente, comportamentul roboților EK, atunci când sunt expuși la lumini modelate, oglindește cu o precizie remarcabilă modul în care lumina se deplasează în spațiu-timp, așa cum este descris de teoria relativității generale. Profesorul Marc Miskin, autorul principal al studiului, explică faptul că roboții pot fi considerați o analogie a gravitației, iar această descoperire deschide posibilitatea de a aplica principiile relativității generale pentru a controla și ghida mișcarea roboților, similar cu modul în care gravitația atrage obiectele.

Cercetătorii au creat un labirint virtual, inspirându-se din principiile relativității, pentru a ghida roboții. Au folosit ecuații matematice pentru a curba spațiul virtual, simplificând traseul către țintă într-o linie dreaptă. Apoi, au transformat acest model într-o hartă vizuală, în care roboții erau atrași de zonele mai întunecate și respinși de cele luminoase. Ținta finală era reprezentată ca o zonă extrem de întunecată, iar obstacolele erau marcate prin intensificarea luminozității.

Oricât de mult ar fi fost poziționați la început, roboții EK s-au deplasat instinctiv pe aceste trasee, ocolind cu ușurință obstacolele, ca și cum s-ar mișca într-un mediu distorsionat.

Conform lui Miskin, cercetarea reprezintă o legătură esențială între fizică și tehnologie, nu o rivalitate. El explică faptul că, deși relativitatea și optica sunt domenii bine înțelese, integrarea lor în controlul reactiv al roboților deschide noi perspective și oferă instrumente consacrate pentru robotică. În același timp, relativitatea generală și optica sunt concepte abstracte, în contrast cu natura mecanică și concretă a roboticii. Experimentele nu doar demonstrează comportamentul roboților avansați în baza principiilor optice, ci oferă și cercetătorilor o înțelegere mai profundă a relativității generale, în special în contextul explorării spațiului-timp bidimensional.

În ciuda faptului că este un domeniu nou, cercetătorul Miskin estimează că am putea vedea utilizări concrete ale acestei tehnologii în decursul următorului deceniu.

Conform lui Miskin, echipa sa intenționează să investigheze diverse aplicații, de la evaluarea calității lucrărilor stomatologice, cum ar fi verificarea sigilării canalelor radiculare sau prelevarea de probe pentru a confirma eliminarea completă a țesutului afectat, până la intervenții chirurgicale precise pentru îndepărtarea tumorilor, după confirmarea diagnosticului de cancer. Mai mult, tehnologia ar putea fi utilizată chiar și în domeniul electronicelor, pentru asamblarea de microcipuri cu ajutorul unor roboți minusculi. Miskin subliniază că potențialul acestei tehnologii este imens și că aplicațiile prezentate ar putea fi doar o mică parte din ceea ce se poate realiza.