Electrokinetic propulsion for electronically integrated microscopic robots

电动现象 推进 数码产品 升级 机器人 机器人学 电子线路 航空航天工程 稳健性(进化) 电气工程 纳米技术 计算机科学 工程类 控制工程 材料科学 人工智能 生物化学 基因 操作系统 化学
作者
L. Hanson,William H. Reinhardt,Scott Shrager,T. Sivakumar,Marc Z. Miskin
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:122 (29): e2500526122-e2500526122 被引量:2
标识
DOI:10.1073/pnas.2500526122
摘要

Semiconductor microelectronics are emerging as a powerful tool for building smart, autonomous sub-millimeter robots. Yet a number of existing microrobot platforms, despite significant advantages in speed, robustness, power consumption, or ease of fabrication, have no clear path toward electronics integration, limiting their potential for intelligence. Here, we show how to upgrade a class of self-propelled particles into electronically integrated microrobots, reaping the best of both platforms 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 at the 100-micron scale that use rudimentary, on-board photovoltaic 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 invites future work to realize robust, fast, easy to manufacture, electronically programmable microrobots that remain operationally viable for months to years.
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