Cercetătorii au dezvoltat o metodă pentru a ghida roboţi microscopici folosind modele de lumină şi principiile teoriei relativităţii a lui Einstein - tehnologie ce reprezintă un potenţial prim pas către implementarea unor roboţi minusculi în aplicaţii variind de la medicină la producţia de cipuri pentru calculatoare, transmite joi Live Science care citează un studiu publicat în noiembrie 2025 în revista npj Robotics (Nature).
Una dintre principalele provocări ale dezvoltării de microroboţi pentru aplicaţii practice este crearea unora capabili de navigare fără includerea unor senzori voluminoşi şi a altor componente electronice, ceea ce ar face ca roboţii să fie prea mari pentru a funcţiona la scara dorită (cum ar fi în interiorul unui corp uman). În încercarea de a depăşi această problemă, fizicienii de la Universitatea din Pennsylvania au creat "spaţiu-timp artificial" pentru a direcţiona roboţii să se deplaseze în acelaşi mod în care o face lumina în timp ce traversează Universul.
În cadrul studiului, cercetătorii au scufundat roboţi electrocinetici (EK) cu dimensiunea de 100 de microni (aproximativ lăţimea unui fir de păr uman) într-o soluţie ionizată şi le-au dat sarcina de a naviga printr-un labirint simplu. Roboţii erau acoperiţi cu celule solare minuscule cu electrozi la ambele capete. Când celulele solare erau expuse la lumină, acestea alimentau electrozii, ceea ce genera un câmp electric care propulsa roboţii prin soluţie.
Provocarea a fost ghidarea maşinilor microscopice cu suficientă precizie pentru ca acestea să ajungă într-un anumit punct în spaţiu, fără a fi blocate de pereţii labirintului. Aici a intervenit relativitatea. Conform teoriei relativităţii generale a lui Einstein, gravitaţia curbează spaţiu-timpul în jurul obiectelor cu masă. Lumina şi obiectele urmează linii "drepte" - cele mai scurte căi - care par curbate în jurul obiectelor masive. Un exemplu excelent în acest sens este lentila gravitaţională. Deşi lumina călătoreşte în linie dreaptă prin cosmos, ea este curbată şi amplificată atunci când trece prin puţul gravitaţional al unui obiect masiv, cum ar fi un roi mare de galaxii.
"Am arătat că modul în care roboţii EK se comportă în câmpuri luminoase modelate este identic cu căile pe care le urmează lumina în relativitatea generală", a declarat pentru Live Science într-un e-mail autorul principal al studiului, Marc Miskin, profesor asistent de inginerie electrică şi de sisteme la Universitatea din Pennsylvania. "În mod uimitor, poţi folosi roboţii ca analog al gravitaţiei, deoarece corespondenţa este exactă. Alternativ, putem întoarce ideile relativităţii generale într-un mod în care să fie folosite pentru a ghida roboţi - în acelaşi mod în care gravitaţia atrage obiectele împreună, poţi ghida roboţii către un anumit punct".
Pentru a imita efectul, echipa a modelat labirintul ca un spaţiu virtual curbat folosind ecuaţii de relativitate. Căile către ţinta din interiorul labirintului au devenit simple linii drepte în model. Apoi, au convertit modelul înapoi într-o hartă luminoasă 2D. Punctele întunecate atrăgeau în mod natural roboţii, în timp ce punctele mai luminoase îi respingeau. Punctul final al labirintului era cel mai întunecat punct (un fel de gaură neagră falsă), obstacolele fiind mai puternic iluminate.
Indiferent de locul în care au fost plasaţi iniţial, roboţii EK au urmat în mod natural aceste rute, evitând automat pereţii, ca şi cum ar aluneca în spaţiul deformat.
Pentru Miskin, studiul este o punte între lumile fizicii şi tehnologiei, "mai degrabă decât o competiţie între ele", a spus el. "Pe de o parte, relativitatea şi lumina sunt foarte bine înţelese. Conectarea controlului reactiv la acestea invită noi moduri de gândire şi instrumente consacrate pentru robotică. Pe de altă parte, relativitatea generală şi optica sunt, de asemenea, foarte abstracte în timp ce robotica este mecanicistă şi concretă". Pe lângă faptul că arată cum se comportă noile tipuri de roboţi conform teoriilor cunoscute ale opticii, experimentele oferă cercetătorilor "o perspectivă mai amplă" asupra relativităţii generale, în special în explorarea impactului "spaţio-temporal plat" în medii 2D, a adăugat Miskin.
Deşi acest domeniu este abia la început, Miskin a spus că aplicaţii practice ar putea apărea în următorii 10 ani.
"Unele cazuri de utilizare pe care suntem interesaţi să le explorăm includ verificarea dinţilor după un tratament de canal, un fel de biopsie dentară pentru a ne asigura că totul a fost curăţat, eliminarea tumorilor după efectuarea măsurătorilor locale pentru a confirma că celulele sunt canceroase sau chiar, în afara biologiei, asamblarea de microcipuri cu mici ajutoare robotice", a spus Miskin. "Microlumea este un loc fascinant. Nu m-ar mira dacă aceste idei ar fi doar vârful aisbergului", a mai susţinut el.
Comentează