Pesquisadores do MIT criaram o que podem ser os menores robôs que podem sentir seu ambiente, armazenamento de dados, e até mesmo realizar tarefas computacionais. Esses dispositivos, que são aproximadamente do tamanho de um óvulo humano, consistem em minúsculos circuitos eletrônicos feitos de materiais bidimensionais, pegando carona em partículas minúsculas chamadas colóides.

Coloides, quais partículas ou moléculas insolúveis em qualquer lugar de um bilionésimo a um milionésimo de um metro de diâmetro, são tão pequenos que podem ficar suspensos indefinidamente em um líquido ou até mesmo no ar. Ao acoplar esses pequenos objetos a circuitos complexos, os pesquisadores esperam estabelecer as bases para dispositivos que podem ser dispersos para realizar jornadas de diagnóstico através de qualquer coisa, desde o sistema digestivo humano até oleodutos e gasodutos, ou talvez flutuar no ar para medir compostos dentro de um processador químico ou refinaria.

"Queríamos descobrir métodos para completar o enxerto, circuitos eletrônicos intactos em partículas coloidais, "explica Michael Strano, o Professor Carbon C. Dubbs de Engenharia Química do MIT e autor sênior do estudo, que foi publicado hoje na revista Nature Nanotechnology . O pós-doutorado do MIT Volodymyr Koman é o autor principal do artigo.

"Os colóides podem acessar ambientes e viajar de maneiras que outros materiais não podem, "Strano diz. Partículas de poeira, por exemplo, podem flutuar indefinidamente no ar porque são pequenos o suficiente para que os movimentos aleatórios transmitidos pelas moléculas de ar em colisão sejam mais fortes do que a força da gravidade. De forma similar, colóides suspensos em líquido nunca se acomodarão.

Strano diz que, embora outros grupos tenham trabalhado na criação de dispositivos robóticos minúsculos semelhantes, sua ênfase tem sido no desenvolvimento de maneiras de controlar o movimento, por exemplo, replicando os flagelos semelhantes a cauda que alguns organismos microbianos usam para se propelirem. Mas Strano sugere que essa pode não ser a abordagem mais frutífera, uma vez que os flagelos e outros sistemas de movimento celular são usados ​​principalmente para o posicionamento em escala local, em vez de movimento significativo. Para a maioria dos propósitos, tornar esses dispositivos mais funcionais é mais importante do que torná-los móveis, ele diz.

Minúsculos robôs feitos pela equipe do MIT são auto-alimentados, não requer fonte de alimentação externa ou mesmo baterias internas. Um fotodiodo simples fornece o fio de eletricidade que os circuitos dos minúsculos robôs requerem para alimentar seus circuitos de computação e memória. Isso é o suficiente para deixá-los sentir informações sobre seu ambiente, armazenar esses dados em sua memória, e, mais tarde, ter os dados lidos após cumprir sua missão.

Esses dispositivos podem, em última análise, ser uma bênção para a indústria de petróleo e gás, Strano diz. Atualmente, a principal maneira de verificar se há vazamentos ou outros problemas em dutos é fazer com que uma equipe conduza fisicamente ao longo do duto e inspecione-o com instrumentos caros. Em princípio, os novos dispositivos podem ser inseridos em uma extremidade do pipeline, levado junto com o fluxo, e, em seguida, removido na outra extremidade, fornecendo um registro das condições que encontraram ao longo do caminho, incluindo a presença de contaminantes que podem indicar a localização de áreas problemáticas. Os dispositivos iniciais de prova de conceito não tinham um circuito de temporização que indicasse a localização de leituras de dados particulares, mas adicionar isso faz parte do trabalho contínuo.

De forma similar, tais partículas podem ser potencialmente utilizadas para fins de diagnóstico no corpo, por exemplo, para passar pelo trato digestivo em busca de sinais de inflamação ou outros indicadores de doença, dizem os pesquisadores.

A maioria dos microchips convencionais, como à base de silício ou CMOS, tem um apartamento, substrato rígido e não funcionaria adequadamente quando ligado a coloides que podem sofrer tensões mecânicas complexas enquanto viajam pelo ambiente. Além disso, todos esses chips têm "muita sede de energia, "Strano diz. É por isso que Koman decidiu experimentar materiais eletrônicos bidimensionais, incluindo grafeno e dichalcogenetos de metais de transição, que ele descobriu que poderia estar ligado a superfícies colóides, permanecer operacional mesmo após ser lançado no ar ou na água. E esses eletrônicos de filme fino requerem apenas pequenas quantidades de energia. "Eles podem ser alimentados por nanowatts com tensões de subtensão, "Koman diz.

Por que não usar apenas os componentes eletrônicos 2-D? Sem algum substrato para carregá-los, esses minúsculos materiais são frágeis demais para se manter unidos e funcionarem. "Eles não podem existir sem um substrato, "Strano diz." Precisamos enxertá-los nas partículas para dar-lhes rigidez mecânica e torná-los grandes o suficiente para serem arrastados no fluxo. "

Mas os materiais 2-D "são fortes o suficiente, robusto o suficiente para manter sua funcionalidade mesmo em substratos não convencionais ", como os colóides, Koman diz.

Os nanodispositivos que eles produziram com este método são partículas autônomas que contêm eletrônicos para geração de energia, computação, lógica, e armazenamento de memória. Eles são alimentados por luz e contêm pequenos retrorrefletores que permitem que sejam facilmente localizados após suas viagens. Eles podem então ser interrogados por meio de sondas para entregar seus dados. Em trabalho contínuo, a equipe espera adicionar recursos de comunicação para permitir que as partículas entreguem seus dados sem a necessidade de contato físico.

Outros esforços em robótica em nanoescala "não alcançaram esse nível" de criar eletrônicos complexos que são suficientemente pequenos e eficientes em termos de energia para serem aerossolizados ou suspensos em um líquido coloidal. Estas são "partículas muito inteligentes, pelos padrões atuais, "Strano diz, adicionando, "Vemos este artigo como a introdução de um novo campo" na robótica.

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.