Badacze z Estonii i Włoch zbudowali robota w kształcie ćmy, który dzięki sztucznemu układowi krążenia potrafi wytworzyć czujnik światła ultrafioletowego dokładnie tam, gdzie padnie promieniowanie UV. Przed naświetleniem robot na UV nie reagował wcale, po nim zaczął machać skrzydłami.

Po co robotowi krwiobieg

Roboty trafiają coraz częściej do miejsc, których nie da się dokładnie opisać z góry: zawalonych budynków, lasów, głębin morskich, a w planach także innych planet. Tymczasem ich wyposażenie jest ustalone w fabryce, na podstawie przypuszczeń co do tego, co robot zastanie. Sprytniejsze oprogramowanie sterujące tylko częściowo ratuje sytuację, jeśli ciało maszyny źle pasuje do warunków.

Zespół z Uniwersytetu w Tartu i Włoskiego Instytutu Technologii (IIT) zapytał więc, czy robot mógłby tworzyć nowe elementy na bieżąco. Do tego potrzebne są materiały i sposób dostarczenia ich w odpowiednie miejsce. Przyroda rozwiązuje to krążeniem: krew lub hemolimfa rozprowadza budulec po organizmie. Wyniki opisano 23 października w czasopiśmie „Advanced Science”.

Wzorem była ćma

Inspiracją stał się owadzi układ krążenia. Jest on otwarty: naczynie pompujące porusza hemolimfą, która tylko z grubsza podąża kilkoma kanałami, a w większości po prostu omywa narządy. Dzięki temu można skupić się na składzie płynu, a nie na dopracowywaniu jego przepływu. Wzorem była szerokopasmówka Catocala fraxini, jedna z największych ech ćm w Estonii.

Korpus robota wydrukowano w 3D z przezroczystego tworzywa PETG. Milimetrowej szerokości „żyłki” rozprowadzają płyn po skrzydłach o powierzchni 86 cm² każde, a gęsta sieć mikrokanałów pozwala mu wsiąkać w plastik na około 10 mikrometrów. Całość napełnia jedna pompa, a w ciele mieści się około 3 ml cieczy.

Jak powstaje czujnik

Przez żyłki tłoczono „sztuczną hemolimfę”: mieszaninę pirolu, inicjatora aktywowanego światłem i dodatku na bazie celulozy. Tam, gdzie przez około minutę świeciło UV, piról w plastiku zamieniał się w polipirol, przewodzący prąd polimer. Przezroczyste ciało robota w tych miejscach czerniało, a reszta pozostawała bez zmian. Z użyciem szablonu udało się wykreślać wzory z dokładnością do 0,3 mm.

Powstały materiał działa jak receptor UV: pod wpływem promieniowania jego opór elektryczny chwilowo spada. Mały mikrokontroler wychwytywał tę zmianę i uruchamiał reakcję: machanie skrzydłami za pomocą drutu z pamięcią kształtu albo mruganie diody. Jak mówi autorka badania, Kadri-Ann Pankratov: „To nie przywracanie utraconej zdolności, jak u jaszczurki odrastającej ogon, lecz tworzenie zupełnie nowej, nieistniejącej wcześniej części ciała”.

Zaskoczeniem było to, że czujnik z każdym naświetleniem stawał się czulszy, bo resztki pirolu wciąż polimeryzowały. Autorzy widzą w tym rodzaj pamięci materiału, w którym budowa czujnika zapisuje doświadczenia robota. Czujniki działały też po ponad czterech miesiącach przechowywania.

Co to znaczy w praktyce

To na razie dowód koncepcji, a nie gotowa technologia. Pokazano jedną, z góry określoną reakcję chemiczną, której nie da się odwrócić. Badacze sami decydowali, kiedy napełnić żyłki, a miejsce czujnika wyznaczał szablon, nie otoczenie. Światło tworzące czujnik było też sygnałem, który ten później wykrywał. Największe otwarte pytanie dotyczy tego, jak sprawić, by robot nie musiał z góry „wiedzieć”, jaki element powstanie. Według Pankratov brakuje na to dobrego wzoru w biologii.

Dla polskiego czytelnika to raczej zapowiedź kierunku badań niż rozwiązanie, które w najbliższych latach trafi do produktów. Idea robotów dostosowujących się do trudnych warunków może jednak z czasem przydać się w akcjach ratunkowych czy monitoringu przyrody. Badania prowadzi europejski zespół, ale z publikacji nie wynika, by w Polsce prowadzono podobne prace ani by istniały plany wdrożeń.

Autorzy zakładają, że zestaw możliwości będzie rósł. Sam polipirol można dostosować m.in. do ochrony przed korozją czy ekranowania elektromagnetycznego, a przez te same kanały mogłyby płynąć inne substancje, być może także takie, których działanie da się odwrócić. Pankratov ma nadzieję, że za dziesięć lat sztuczna krew i krwiobieg staną się w niektórych zastosowaniach oczywistym wyborem.

Źródło: Tech Xplore – „Robot moth grows a UV sensor by using an artificial circulatory system”