ریزماشین‌ها؛ اتفاق بزرگ بعدی دنیای فناوری، بسیار کوچک است
نیم قرن پس از جمله‌ی ماندگار «جهشی بزرگ برای بشریت» از نیل‌آرمسترانگ، ظاهراً مقیاس جهش‌های بزرگ بشر بسیار کوچک شده است. بله، هنوز هم نسبت به چیزهای بزرگی مثل آسمان‌خراش‌ها و راکت‌های جاذبه‌گریز هیجان داریم، با اینحال بسیاری از جهش‌های بزرگمان نسبت به سال قبلشان به طرزی باور نکردنی در ابعاد بسیار کوچکی اتفاق می‌افتند. نسل جدید تجهیزات قابل حمل مثل لپ‌تاپ و گوشی و ساعت‌های هوشمند صرفاً میلی‌مترهای ناچیزی از ضخامت قبلی‌ها کم می‌کنند تا کمی کوچکتر و قابل‌حمل‌تر از قبلشان بشوند. فناوری کریسپر CRISPER/cas9 به محققین اجازه می‌دهد در ابعاد یک ژن دست به ویرایش بزنند که بالقوه می‌تواند بیماری‌ها را ریشه‌کن کند. و فرایندهای نوین در مقیاس نانومتر، تراشه‌سازان را قادر می‌سازد ترانزیستورهای بیشتر و بیشتری در مدارهای داخلی جای بدهند و هر ۱۲ الی ۱۸ ماه قدرت پردازش را دوبرابر بکنند.
دنیای رباتیک هم از این قاعده مستثنی نیست. خیال می‌کنید ربات‌هایی مثل ربات سگ‌نمای Spot و انسان‌نمای Atlas از شرکت بوستون داینامیکس، چون بیشتر از سایرین دیده می‌شوند، پس بالای قله‌ی نوآوری هم قرار دارند؟ خیلی عجله نکنید! آنسوی کوچکتر این طیف، شاید پیشرفت‌ها خیلی به چشم نیایند، اما با ابعادی که دارند بسیار هیجان‌انگیزتر هستند.
به دنیای ریز-ربات‌ها در ابعاد میکرو خوش آمدید. دسته‌بندی خاصی از علم رباتیک که هرچند از خواهر و برادرهای بزرگِ آهنی‌شان کمتر نظر مردم را جلب و نگاه‌ها را برمی‌گرداند، اما هر ذره‌شان به همان اندازه متحول کننده است. این ریز ربات‌ها کاربردهای گسترده‌ای، از انجام شاهکارهای جراحی در مقیاس میکرو و نانو گرفته تا جستجوی دیگر سیارات دارند.
نمونه‌ها همه جا هستند
نمونه‌های عملی این فناوری همه جا هست. اخیراً محققین دانشگاه کالیفرنیای جنوبی یک ربات حشره‌نما ساخته‌اند که کمتر از یک گرم وزن دارد و ابعادش از سکه‌ی یک پِنی هم کوچکتر است.
در مؤسسه‌ی سامانه‌های هوشمند مکس‌پلانک آلمان، مهندسین توانسته‌اند خودروی قابل هدایت کوچکی بسازند که شاید ابتدا خیلی هم عجیب به نظر نیاید اما نه وقتی که بفهمید این خودرو بجای یکی از آن ماشین‌بازی‌های کوچک فورد و شورولت، خودرویی است در ابعاد فقط ۴۰ الی ۵۰ میکرون. یعنی کمتر از نصف قطر تار موی انسان. این آزمایشگاه مجموعه‌ای از این ریزماشین‌های متحرکِ خودمونتاژ را ساخته که قابلیت برنامه‌ریزی شدن دارند و می‌توانند خودشان را برای طیف گوناگونی از کاربردها مونتاژ بکنند. و این تازه تمام ماجرا نیست؛ دکتر متین سیتی، مدیر بخش هوش فیزیکی مؤسسه مکس‌پلانک می‌گوید:
تیم ما امکان ساخت ریز ربات و «ریز زیست‌ربات» هیبریدی را ممکن کرده است. در بخش ربات‌های ریزمقیاس توانسته‌ایم انواع مختلفی از ربات‌های چندکاره و چندحرکتی منعطف و نرم بسازیم که با برنامه‌ریزی از راه دور، قابلیت شکل‌پذیری دارند. برای ساخت چنین ریز ربات‌هایی از حیوانات کوچک و نرم همچون عروس دریایی، هزارپا، کرم، اسپرم و لارو سوسک الهام گرفته‌ایم. همچنین در بخش ریز زیست‌ربات‌ها، با استفاده از باکتری و جلبک توانسته‌ایم ریزشناگرانی بسازیم که می‌توانند محموله‌هایمان را به نقاط هدف برسانند. ریزشناگرانی که نسبت به عوامل ریزمحیطی اطرافشان همچون اکسیژن، مواد شیمیایی، تغییرات PH یا نور حساس هستند.
استفاده از ریز ربات‌ها در روش‌های درمانی غیرتهاجمی یا کمتر تهاجمی
وقتی مردم از ریز ربات‌ها حرف می‌زنند بیشتر از ضمیر جمع استفاده می‌کنند. شاید تصورمان چندین ربات با سایز بزرگ باشد که باهم کار می‌کنند. اما کار گروهی چنین ربات‌هایی محدود به چند کارکرد خاص خواهد بود. همچون ترانه‌ی «بلوار رویاهای برباد» از Green Day، ربات‌هایی در مقیاس بزرگ هم صرفاً برای تنها راه‌رفتن (یا غلطیدن و خزیدن) ساخته شده‌اند. درست خلاف آنچه در سوی کوچکتر این طیف شاهد هستیم. دی‌جیو‌کیم، دانشجوی Phd از دانشگاه جورجیا که درباره ریز ربات‌ها تحقیق می‌کند می‌گوید:
ربات‌های معمولی باید خیلی پیچیده باشند تا بتوانند به‌تنهایی کارهای پییچیده‌ای بکنند. در حالیکه ریز ربات‌ها می‌توانند جایگزین بسیار ارزان‌تر و ساده‌تری باشند. بجای اتکا به یک ربات برای اجرای کارهای پیچیده‌ی خاص، می‌توان از گروه بزرگی از ریزربات‌ها استفاده کرد که در همکاری با هم و به روش‌های گوناگون کارهای مختلفی بکنند.
فِرچه‌بات‌ها همچون حشرات وارد شکاف و تَرک‌ها شده و کاوش می‌کنند
ربات‌هایی که کیم روی آن‌ها کار می‌کرده فقط چند میلی‌متر طول دارند و به اندازه‌ی یک مورچه هستند. البته گروه او امیدوار است در آینده کوچکتر از این هم بشوند. آن‌ها اسمشان را فِرچه‌بات (Bristle-bot) گذاشته‌اند. مخلوقات چاپ سه‌بعدی که روی چهار یا شش پای فِرچه مانند حرکت می‌کنند. حرکتشان از ریز لرزه‌هایی است که علتش محرک پیزوالکتریک (piezoelectric) ساخته شده از «تیتانات زیرکونات سرب» است که بر پشتشان سوار شده است.
چطور از آن‌ها استفاده خواهیم کرد؟
کیم، اینطور ادامه می‌دهد:
از نطر من بهترین کارکرد در دنیای حقیقی برای فرچه‌بات‌ها، استفاده از آن‌ها برای بررسی مکان‌هایی است که انسان یا ربات‌های عادی نمی‌توانند به آن دسترسی داشته باشند. مثل شکاف یا تَرک‌های موجود در زیرساخت‌های عظیم و ماشین‌آلات پیچیده. فرچه‌بات‌ها می‌توانند با تقلید رفتار حشراتی که دنبال غذا هستند، در بازگشت خوراک اطلاعاتی مورد نظرمان را تهیه کنند.
هرچند متین‌سیتی معتقد است که علم پزشکی بیشترین زمینه‌ی مصرف این ریز ربات‌ها خواهد بود:
ریز ربات‌ها، علم پزشکی و روش جراحی‌ها را کاملاً دگرگون خواهند کردمعتقدم بیشترین تأثیر علمی و اجتماعی ریز ربات‌های متحرک در بخش مراقبت‌های پزشکی خواهد بود. جایی که ریز ربات‌های کنترل از راه دور می‌توانند وارد مناطقی از بدن انسان بشوند که قبلا غیرقابل دستیابی یا حداقل بسیار سخت بودند. بنابراین می‌توانند در بسیاری از روش‌های درمان غیرتهاجمی/کمتر تهاجمی کوتاه و درازمدت استفاده شوند. گروه من تمرکزشان را بر استفاده از ریز ربات‌ها در عملیات پزشکی گوناگون همچون درمان هدفمند سرطان، باز کردن رگها، ازبین‌بردن لخته‌ها و ریزجراحی‌ها گذاشته‌اند.
این دو گروه از بسیاری ایده‌های دیگر به اینجا رسیده‌اند. از ایده‌ی مامورین همیشه تصویربردار، یا گروهی از ریز ربات‌های حمل‌کننده‌ی بارهایی بزرگتر از خودشان، تا ریز ربات‌های مغناطیسی که آب‌های آلوده به فلزات سنگین را تصفیه می‌کنند. درواقع کمتر جایی پیدا می‌شود که نتوان به نحوی از ظرفیت آن‌ها استفاده کرد. حال که محققین توانایی‌شان را در گذر از ملغمه‌ای از زمینه‌ها، همچون مقاصد جاسوسی تا شنا در میان مایعات بدن اثبات بکنند، ریز ربات‌ها نیز قطعاً مفید خواهند بود.
البته هنوز هم مثل ربات‌های بزرگ تنگناهایی وجود دارد. چالش چابک‌تر کردنشان، تولید انبوه آسان‌تر و تأمین انرژی‌شان بدون نیاز به سیم. مخصوصاً در کاربردهای پزشکی که لازم است قبل از اینکه به سبک مأموریت‌های فیلم «سفر خارق‌العاده» بخواهیم از آن‌ها در بدن انسان استفاده بکنیم ابتدا از ایمنی آن‌ها مطمئن بشویم. اما این چالش‌ها با توجه به تعداد روزافزون محققینِ این عرصه، درحال برطرف شدن یا اصلاح هستند.
ریچارد فِینمن فیزیکدان درباره‌ی نانوفناوری (اقوام کوچکتر ریز ربات‌ها) گفته بود:
آن پایین فضای بسیاری نهفته.
که البته بدون انگیزه‌ی کافی، رسیدن به آن هم ممکن نیست.