Cada unidade mede aproximadamente 200 por 300 por 50 micrómetros, uma dimensão inferior à de um grão de sal. A sua escala coincide com a de vários microrganismos biológicos, o que facilita o monitoramento da saúde celular e a fabricação de dispositivos em microescala. O avanço tecnológico foi publicado na Science Robotics e na Proceedings of the National Academy of Sciences. Num comunicado da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade da Pensilvânia, Marc Miskin, professor e principal autor da investigação, destacou que estas máquinas são 10.000 vezes menores do que os robôs autónomos anteriores. «Construir robôs que operam de forma independente com tamanhos inferiores a um milímetro é incrivelmente difícil. O campo esteve essencialmente preso a este problema durante 40 anos», disse Miskin.
A física do microcosmo: superando a gravidade e a viscosidade
O projeto enfrentou desafios físicos específicos do mundo microscópico, onde a gravidade perde relevância diante da viscosidade e da resistência do fluido. Nesse nível, a água apresenta uma consistência semelhante ao alcatrão, o que torna inúteis os sistemas de propulsão convencionais, como extremidades ou barbatanas.
A equipa desenvolveu um sistema de propulsão inédito que gera um campo elétrico para mobilizar iões na solução circundante. Esses iões empurram as moléculas de água e criam uma corrente que move o robô sem a necessidade de peças móveis.
«É como se o robô estivesse num rio em movimento, mas o robô também está a fazer o rio mover-se», explicou Miskin.
Graças a este mecanismo, as máquinas atingem velocidades de até um comprimento corporal por segundo. Além disso, apresentam uma durabilidade excecional e podem operar durante meses sob a luz de um LED, com um custo de produção de apenas um cêntimo por unidade.
A autonomia do dispositivo depende de um computador integrado, obra do laboratório de David Blaauw na Universidade de Michigan. O projeto nasceu após um encontro entre Miskin e Blaauw numa apresentação da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) há cinco anos.
“Vimos que o sistema de propulsão da Penn Engineering e os nossos pequenos computadores eletrónicos foram feitos um para o outro”, disse Blaauw.
O sistema eletrónico opera com apenas 75 nanovatios de potência, um consumo 100.000 vezes menor do que o de um relógio inteligente. Para conseguir isso, os engenheiros de Michigan projetaram circuitos especiais de voltagem ultrabaixa e condensaram as instruções de programação para que ocupassem um espaço mínimo.
Os robôs têm sensores térmicos capazes de detectar variações de um terço de grau Celsius. Essa precisão permite o acompanhamento da atividade celular individual através da temperatura, um indicador-chave do seu estado biológico.
A comunicação de dados ocorre através de um método que lembra a dança das abelhas. O robô executa movimentos específicos que codificam a informação térmica, que os investigadores descodificam através de um microscópio e uma câmara.
«Tivemos que repensar totalmente as instruções do programa de computador, condensando o que convencionalmente exigiria muitas instruções para o controlo da propulsão em uma única instrução especial para reduzir o comprimento do programa e caber no minúsculo espaço de memória do robô», explicou Blaauw.
Rumo a uma nova era: inteligência e funcionalidade em miniatura
Este desenvolvimento representa apenas o início de uma nova era na robótica em microescala. A plataforma permite a integração futura de novos sensores e programas mais complexos para tarefas conjuntas em diversos ambientes.
“Demonstramos que é possível colocar um cérebro, um sensor e um motor em algo quase invisível a olho nu, e que sobreviva e funcione durante meses. Uma vez que se tem essa base, é possível adicionar todo o tipo de inteligência e funcionalidade”, indicou Miskin.
Os autores observaram que, se a produção for ampliada, o custo dessas máquinas poderia ser de apenas um centavo de dólar por unidade. Esse baixo custo, somado à sua facilidade de uso por meio de fontes de luz comuns, facilitará sua adoção em campos que vão desde a microcirurgia até a fabricação em nanoescala.
