米国の電子工学技術者と物理学者が、新しいタイプのアクチュエーターを使用したマイクロメートル規模の水泳ロボットを開発した。これは、人間の体内に注入して簡単な医療処置を実行できる小型オートマトンの基礎となる。
搭載されたシリコン太陽電池で駆動する、0.1mm未満のこのロボットは、レーザー光で刺激されると動きます。Nature誌に掲載された論文の著者によると、一般的な半導体材料から作られており、4インチのウエハから100万体のこの小さな生き物を製造できるとのことです。
ペンシルベニア大学電気システム工学科助教授のマーク・ミスキン氏とその同僚は、微弱な電流を流すと折りたたんだり開いたりする微小な「脚」、つまりアクチュエータを備えたデバイスを開発した。電流によって周囲の溶液中のイオン（荷電分子）がアクチュエータの表面に吸着し、材料の応力を変化させることでアクチュエータを曲げる。
100マイクロメートル未満の歩行ロボットのプロトタイプ
しかし、ここでのブレークスルーは速度と規模ではありません。研究者たちは10年以上前から、磁場で制御された微粒子に推進力を与えることで、微小な遊泳「ロボット」を開発してきました。ミスキン氏らのシステムよりも小型で高速かもしれませんが、センサー、バッテリー、そして搭載型情報処理機能の追加が障害となっていました。
研究チームはこの問題に別の方向からアプローチしました。粒子ロボットに情報処理機能を追加するのではなく、シリコンに脚を追加したのです。
「著者らのアクチュエータは、マイクロ電子回路と統合できる大きな可能性を秘めている」と、マサチューセッツ工科大学化学工学部のアラン・ブルックス氏とマイケル・ストラノ氏による付随論文は述べている。「これは重要な点です。なぜなら、将来の応用では、マイクロロボットは要求に応じて泳ぐだけでなく、搭載センサーや論理回路からの入力を用いて、より高度な指示に従うことが求められるようになるからです。」
微小ロボットの配列を描いたアーティストの描写。クレジット：クリス・ホーマン/ネイチャー（クリックして拡大）
ミスキン氏らは次のように指摘している。「圧電アクチュエーターはミリメートル規模のロボットには最適だが、マイクロメートルの曲率半径で動作できるほど薄くはできていない。」
現状では自律動作は不可能だが、これらのロボットは「頭脳」とバッテリーを接続できるプラットフォームとして捉えられる。「センサーと集積回路を搭載した、ケーブルで繋がらないサブミリメートルサイズのチップは活発な研究分野であり、マイクロロボットの自律プログラミング能力開発というハードルはまもなく克服されるだろう」とブルックス氏とストラノ氏は述べた。
この小さなデバイスは人間の髪の毛ほどの太さで、非常に酸性の強い環境や 200 ケルビン以上の温度変化にも耐えられるため、さまざまな用途に活用されるでしょう。
研究グループは現在の設計には限界があることを認めているものの、論文では、標準的な半導体処理と互換性があるため、環境を感知するデバイスを迅速に開発できると説明している。
論文によると、「将来の設計には、半導体エレクトロニクス、製造、パッケージング、統合技術、そしてマイクロロボットのための補完的な光学、音響、磁気、熱、化学戦略における50年にわたる研究をすぐに活用できる。例えば、数千個のオンボードトランジスタを搭載し、周囲の太陽光のみで駆動する微小ロボットは、既存のCMOS（相補型金属酸化膜半導体）回路を用いて容易に実現できる」という。
「このようなロボットは、局所的な感覚入力とフィードバックを使用して、微小環境を自律的に探索したり、生物システムと直接相互作用したりすることができます。」
さらに、それらは安価になるでしょう。研究グループは、デバイス1台あたりの製造コストを1米セント（0.01ドル）と見積もっています。®
