Electrokinetic Propulsion for Electronically Integrated Microscopic Robots

要約

半導体マイクロエレクトロニクスは、肉眼では見えないほど小さいスマートな自律ロボットを構築するための強力なツールとして台頭しています。
しかし、既存のマイクロロボット プラットフォームの多くは、速度、堅牢性、消費電力、または製造の容易さにおいて大きな利点があるにもかかわらず、電子機器の統合に向けた明確な道筋がなく、電子機器と比較した場合、その知性と洗練度が制限されています。
ここでは、自走式粒子を電子的に統合されたマイクロロボットにアップグレードし、単一の設計で両方の長所を活用する方法を示します。
界面動電マイクロモーターからインスピレーションを得たこれらのロボットは、周囲の流体に電場を生成し、ひいては推進性の界面動電流を生成します。
基礎となる物理学は、ロボットの速度が印加電流に比例するモデルによって捉えられるため、設計と制御が簡単になります。
その証拠に、私たちはオンボード回路と閉ループ光学制御スキームを使用してウェイポイントを移動し、1 秒あたり最大 1 体の長さの速度で調整された群れで移動する基本的なロボットを構築しています。
大まかに言えば、マイクロモーターの推進力とロボット上の電子機器を統合することにより、堅牢で高速、製造が容易で、数か月から数年にわたって確実に動作する電子的にプログラム可能なマイクロロボットへの道が開かれます。

要約(オリジナル)

Semiconductor microelectronics are emerging as a powerful tool for building smart, autonomous robots too small to see with the naked eye. Yet a number of existing microrobot platforms, despite significant advantages in speed, robustness, power consumption, or ease of fabrication, have no clear path towards electronics integration, limiting their intelligence and sophistication when compared to electronic cousins. Here, we show how to upgrade a self-propelled particle into an an electronically integrated microrobot, reaping the best of both in a single design. Inspired by electrokinetic micromotors, these robots generate electric fields in a surrounding fluid, and by extension propulsive electrokinetic flows. The underlying physics is captured by a model in which robot speed is proportional to applied current, making design and control straightforward. As proof, we build basic robots that use on-board circuits and a closed-loop optical control scheme to navigate waypoints and move in coordinated swarms at speeds of up to one body length per second. Broadly, the unification of micromotor propulsion with on-robot electronics clears the way for robust, fast, easy to manufacture, electronically programmable microrobots that operate reliably over months to years.

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