This post is also available in:
English (אנגלית)
בניית רובוטים בקנה מידה מיקרוסקופי מציבה בעיה הנדסית יוצאת דופן: אפילו את התנועות הפשוטות ביותר קשה לייצר בממדים כאלה. לא ניתן להמשיך ולמזער מנועים, גלגלי שיניים ומערכות הידראוליות רגילות ללא הגבלה, בעוד שרובוטים רכים זקוקים לרכיבים המסוגלים להתכופף ולהתעוות מבלי להישבר. לכן נדרשים מנגנוני הנעה חדשים, כלומר רכיבים שתפקידם לייצר תנועה פיזית.
חוקרים מאוניברסיטת שטוטגרט וממכון מקס פלאנק לחקר מצב מוצק פיתחו פתרון אפשרי בהשראת הדרך שבה פרפר מגלגל ופורס את החדק שלו. הטכנולוגיה הופכת שכבות קרמיות דקות במיוחד למיקרו־גלילים הנשלטים באמצעות שדה מגנטי, ומסוגלים להיפרס ולהתגלגל מחדש פעם אחר פעם. כך מתקבל מנגנון קומפקטי שיכול להניע או לתפעל עצמים מיקרוסקופיים.
המיקרו־גלילים מיוצרים משכבות דקות של ונדיום פנטאוקסיד, שבתוכן משולבים ננו־חלקיקים מגנטיים של תחמוצת ברזל. בתהליך הייצור מפרידים החוקרים בעדינות את השכבה מהמשטח שעליו נוצרה באמצעות סכין גילוח. במהלך ההפרדה הסכין מכופפת את החומר באופן רציף, ובתוך שניות הוא מתגלגל למבנה תלת־ממדי הדוק.
את התנועה מספק שדה מגנטי חיצוני. כאשר מגנט מתקרב, ננו־חלקיקי תחמוצת הברזל מגיבים לשדה והמיקרו־גליל נפרס במהירות. כאשר השדה המגנטי מוסר, החומר מתגלגל מחדש לצורתו המקורית. כך מתקבלת תנועה הפיכה ללא צורך במנוע זעיר קונבנציונלי.
למרות שהמבנים עשויים מחומר קרמי, הם אינם מתנהגים כמו קרמיקה שבירה רגילה. על פי דיווח של TechXplore, המבנה ההיררכי שלהם ברמת הננו והמיקרו מעניק לשכבות הדקות גמישות מספקת כדי להתעוות בצורה אלסטית, מבלי לאבד את שלמותן המבנית.
המפעילים הזעירים שנוצרו הם ברוחב של מיקרומטרים בודדים, וכאשר הם מגולגלים קוטרם מגיע לכמה מאות מיקרומטרים. עם זאת, בפריסה מלאה הם יכולים להגיע לאורך של עד 25 מילימטרים. בניסויים המשיכו המיקרו־גלילים לפעול גם לאחר 5,000 מחזורי הפעלה, והצליחו להזיז מטענים שמשקלם גדול ביותר מפי 30 ממשקלם העצמי.
ניתן גם לסדר מספר מיקרו־גלילים במערכים הניתנים לתכנות. תיאום בין כמה מפעילים עשוי לאפשר למערכות רובוטיות מיקרוסקופיות להרים, להעביר או לתפעל עצמים באמצעות מספר רכיבים הפועלים יחד, במקום להסתמך על רכיב נע יחיד.
אף שהמחקר אינו מיועד באופן ישיר ליישומים ביטחוניים, לטכנולוגיה עשוי להיות בעתיד פוטנציאל בתחומי הביטחון והתעופה והחלל. מפעילים מיקרוסקופיים עשויים להשתלב בפלטפורמות רובוטיות זעירות במיוחד, במנגנוני חישה ממוזערים או ברכיבים מסתגלים שנועדו לפעול במקומות שבהם מערכות מכניות רגילות אינן מעשיות. השליטה המגנטית עשויה להוות יתרון גם במצבים שבהם קשה ליצור חיבור פיזי ישיר למנגנון.
החוקרים מדגישים כי פריצת הדרך המשמעותית יותר היא דווקא שיטת הייצור, ולא מפעיל מסוים. לדבריהם, ניתן יהיה ליישם את טכניקת הגלילה גם על שכבות דקות מחומרים אורגניים ואי־אורגניים אחרים, ולפתוח אפשרויות חדשות בתחומים נוספים מעבר לרובוטיקה, בהם חיישנים, אלקטרוניקה והתקנים לאגירת אנרגיה.
באמצעות חיקוי של תנועה פשוטה מעולם הפרפרים, הצליחו החוקרים להדגים דרך חדשה להפוך חומרים פונקציונליים שטוחים למכונות תלת־ממדיות הניתנות לשליטה – ללא המנועים והמכלולים המכניים שעליהם מסתמכים רובוטים גדולים יותר.
המחקר המלא פורסם כאן.
