La microbótica es el campo de la robótica en miniatura, en particular los robots móviles con dimensiones características inferiores a 1 mm. El término también se puede usar para robots capaces de manejar componentes de tamaño micrométrico.

Historia
Los microbots nacieron gracias a la aparición del microcontrolador en la última década del siglo XX y la aparición de sistemas mecánicos en miniatura en silicio (MEMS), aunque muchos no utilizan silicio para componentes mecánicos distintos de los sensores. La investigación y el diseño conceptual más tempranos de estos pequeños robots se realizaron a principios de la década de 1970 en (entonces) investigaciones clasificadas para las agencias de inteligencia de los EE. UU. Las solicitudes previstas en ese momento incluían asistencia de rescate de prisioneros de guerra y misiones de interceptación electrónica. Las tecnologías de soporte de miniaturización subyacentes no se desarrollaron completamente en ese momento, por lo que el progreso en el desarrollo de prototipos no se produjo de inmediato a partir de este primer conjunto de cálculos y diseño de conceptos. A partir de 2008, los microrobots más pequeños utilizan un Actuador Scratch Drive.

El desarrollo de conexiones inalámbricas, especialmente Wi-Fi (es decir, en redes domóticas) ha aumentado considerablemente la capacidad de comunicación de los microbots y, en consecuencia, su capacidad para coordinarse con otros microbots para realizar tareas más complejas. De hecho, muchas investigaciones recientes se han centrado en la comunicación de microbots, incluido un enjambre de robots de 1.024 en la Universidad de Harvard que se ensambla en varias formas; y la fabricación de microbots en SRI International para el programa «MicroFactory for Macro Products» de DARPA que puede construir estructuras ligeras y de alta resistencia.

Consideraciones de diseño
Si bien el prefijo ‘micro’ se ha utilizado subjetivamente para significar pequeño, la estandarización en escalas de longitud evita la confusión. Por lo tanto, un nanorobot tendría dimensiones características de 1 micrómetro o menos, o manipularía componentes en el rango de tamaño de 1 a 1000 nm. Un microrobot tendría dimensiones características menores a 1 milímetro, un milirobot tendría dimensiones menores a un cm, un minirobot tendría dimensiones menores a 10 cm (4 pulgadas) y un pequeño robot tendría dimensiones menores a 100 cm (39 pulgadas) .

Debido a su pequeño tamaño, los microbots son potencialmente muy baratos y podrían usarse en grandes cantidades (robótica de enjambres) para explorar entornos que son demasiado pequeños o demasiado peligrosos para personas o robots más grandes. Se espera que los microbots sean útiles en aplicaciones como la búsqueda de sobrevivientes en edificios colapsados ​​después de un terremoto o el rastreo del tracto digestivo. Lo que los microbots carecen de fuerza muscular o capacidad computacional, pueden compensar utilizando grandes números, como en enjambres de microbots.

La forma en que se mueven los microrobots es una función de su propósito y tamaño necesario. En tamaños de submicrones, el mundo físico exige formas bastante extrañas de moverse. El número de Reynolds para robots aéreos está cerca de la unidad; Las fuerzas viscosas dominan las fuerzas inerciales, por lo que «volar» podría usar la viscosidad del aire, en lugar del principio de sustentación de Bernoulli. Los robots que se mueven a través de los fluidos pueden requerir flagelos giratorios como la forma móvil de E. coli. Saltando es sigiloso y eficiente energéticamente; le permite al robot negociar las superficies de una variedad de terrenos. Los cálculos pioneros (Solem 1994) examinaron posibles comportamientos basados ​​en realidades físicas.

Uno de los principales desafíos en el desarrollo de un microrobot es lograr movimiento con una fuente de alimentación muy limitada. Los microrobots pueden usar una fuente de batería liviana y pequeña como una celda de moneda o pueden extraer energía del ambiente circundante en forma de vibración o energía lumínica. Los microsobobos ahora también utilizan motores biológicos como fuentes de energía, como Serratia marcescens flagelado, para extraer energía química del fluido circundante para activar el dispositivo robótico. Estos biorrobots se pueden controlar directamente mediante estímulos como la quimiotaxis o la galvanotaxis con varios esquemas de control disponibles. Una alternativa popular a una batería incorporada es alimentar a los robots utilizando energía inducida externamente. Los ejemplos incluyen el uso de campos electromagnéticos, ultrasonido y luz para activar y controlar micro robots.

Tamaño y definición
El prefijo «micro» se ha utilizado mucho para designar subjetivamente pequeños robots, pero tamaños muy variables. Un proyecto para estandarizar los nombres correspondientes a las escalas de tamaño evita la confusión. Asi que:

un nanorobot tiene dimensiones iguales o menores a 1 micrómetro, o permite manipular componentes en el rango de 1 a 1000 nm en tamaño.
Un micro-robot tendría dimensiones características de menos de 1 milímetro,
un milirobot tendría dimensiones inferiores a un cm (se mide en milímetros),
un minirobot tendría dimensiones inferiores a 10 cm,
Un pequeño robot tendría unas dimensiones inferiores a 100 cm.

Condiciones específicas para el desarrollo de microrobóticos.
El desarrollo de microbots implica una mejor comprensión y control de ciertos fenómenos físicos en juego en estas escalas, porque un micro-robot está sujeto a fuerzas que son de gran importancia en las escalas micrométricas y que no perturbarían un objeto de mayor tamaño;

Fuerza de Van der Waals,
electricidad estática,
tensión superficial,
aire renovador,
Efectos más exacerbados y brutales del calor o frío solar, condensación, etc.).

La micropobótica incluye el estudio de los procesos de fabricación (microsistemas o incluso nano sistemas, incluidos los micro o nanoelectrónicos) necesarios para elementos de muy pequeña escala.

La Biomimetismo es una disciplina que inspira a los microrobóticos,

Micromecánica
Debe permitir que el robot se mueva e interactúe con su entorno, por ejemplo:

De los hápticos que permiten que el robot se adhiera a un robot, y posiblemente agarre objetos, arme otro microrobot, o se ancle a un sustrato;
de micromotores que permiten a los elementos móviles moverse a lo largo de uno o más grados de libertad;
Se buscan microscopios o dispositivos alternativos que realizan funciones similares;
modos innovadores de viaje; Por ejemplo, como hacen los gerris, los microbots ya pueden moverse sobre el agua aprovechando la tensión superficial de este «sustrato» líquido. También intentamos imitar a los retoños de los geckos, para permitir que un robot de varios gramos o decenas de gramos camine sobre el techo o sobre cualquier soporte (Programa Geckohair Nanolab de la Universidad Carnegy Mellon). Los estudiantes trabajan en sistemas de adhesión que se adaptan a diversos grados de pendiente, permitiendo una caminata suspendida (en el techo, debajo de una sábana …).

Biomimetico
Una fuente de inspiración para la robótica es la propia Naturaleza que probó muchos mecanismos y comportamientos, algunos de ellos interesados. Imitar el funcionamiento de las redes neuronales y los centros nerviosos y los generadores centrales de la médula espinal de los animales primitivos ya puede imitar ciertos mecanismos, como caminar, nadar, correr, gatear. Los grupos musculares son reemplazados por servomotores, pero se animan reproduciendo los movimientos y el ritmo de caminar, nadar, gatear o correr de acuerdo con los pulsos distribuidos a los microcircuitos de computadora que imitan la red nerviosa.

La imitación a veces va incluso más allá. por ejemplo:

Nanolab trabaja para identificar y reproducir algunas moléculas coloidales altamente adhesivas sintetizadas por animales (caracoles, babosas, algunos coleópteros pueden adherirse fuerte pero temporalmente a un soporte gracias a tales moléculas). Desarrolla una instrumentación adaptada a la medición de los rendimientos de este tipo de adhesivo.
el nanolab ha producido un pequeño robot con forma de tanque con orugas adhesivas que pueden trepar a las paredes pegándose a ellas;
Nanolab también ha desarrollado microfibras adhesivas que permiten una adhesión muy reforzada en un plano no horizontal, pero un rendimiento que está lejos de poder reproducirse es la capacidad de los sistemas vivos para curarse, alimentarse y reproducirse, capacidades que también plantean nuevas cuestiones éticas. Que van más allá del campo habitual de la bioética.
Un robot inspirado en la salamandra evoluciona fácilmente de un ambiente acuático a terrestre; Un pollo puede continuar corriendo reflexivamente con la cabeza cortada, lo que demuestra que la columna vertebral y la médula espinal contienen los centros motores esenciales.
Robots (salamandra o serpiente) imitan el rastreo 8. Sobre este principio, Joseph Ayers (Northeastern University en Boston) también ha desarrollado robots que imitan los movimientos de la lamprea y la langosta.

Riesgos y limitaciones
Uno de los riesgos de la biomimética es que los robots, al igual que los animales, se confunden con sus modelos y son cazados por depredadores reales.

Microelectrónica
El microprocesador permite la ejecución de software informático dando autonomía al robot. Se necesitan microprocesadores de muy baja potencia para los microbots porque tienen que permanecer ligeros y no pueden llevar consigo una fuente importante de energía.

Biomecánica
Los investigadores han logrado animar a un robot o, más precisamente, reaccionar a los obstáculos o la luz a través de cultivos de neuronas de rata.

Micro o nano-sensores
Deben permitir al robot situarse (o ubicarse) en su entorno;
Estas son, por ejemplo, células que reaccionan a la luz, sensores de temperatura, sensores de presión, sensores de onda, antenas de radio, etc. Incluso una microcámara.

Usos posibles
Se espera que puedan realizar automáticamente tareas peligrosas, dolorosas, repetitivas o imposibles para los humanos (en espacios reducidos, en un vacío), o tareas que son más simples pero que las realizan mejor de lo que lo haría un ser humano.

Los prospectivistas imaginan que pueden ser utilizados como

robot industrial y técnico (capaz, por ejemplo, de construir piezas o mecanismos muy pequeños, para diagnosticar o reparar el interior de una máquina sin desmontarla, para inspeccionar una tubería desde el interior, etc. Uno los imagina posiblemente capaces de trabajar en el vacío o en ausencia de aire, etc.)
Robot aspirador o hogar más pequeño y más discreto que los que existen actualmente.
robots juguetones (enseñando robots a programar … Por el momento, existen solo en forma de juguetes con la imagen de robots, pero que no son ellos mismos) o robots pedagógicos de tipo BEAM (acrónimo «Estética y Biología Electrónica Mecánica») son Robots que no son muy inteligentes, sin un microcontrolador o programa integrado de ningún tipo; Un resorte o un simple elástico puede ser una fuente de energía mecánica para pequeños proyectos experimentales.
Robot médico o asistencia médica. un micro robot podría quizás algún día operar en un organismo vivo.
Micro-sondas espaciales o micro-robots que se enviarán al espacio para guardar el volumen ocupado y la carga para llevar en la exploración espacial

Autonomía
Para ser autónomo, el micro-robot debe tener:

Sensores suficientemente eficientes (micro o nanosensores).
autonomía energética que requiere micro-baterías eficientes, bajo consumo de energía o la capacidad de encontrar y explotar una fuente externa de energía (solar, haz de microondas, fuente de hidrógeno que suministra su celda de combustible de hidrógeno, capacidad biomimética para extraer energía de la materia orgánica …). Una forma de ahorrar energía es asegurarse de que las diversas funciones de un microrobot se activen solo cuando sea necesario, y de manera óptima. El resto del tiempo se ponen en espera, lo que no evita que se mueva de forma pasiva (transportado por el viento, la corriente, un vehículo …)
un sistema de inteligencia integrado (individual o colectivo en el caso de robots con funciones complementarias que trabajan en concierto, como las hormigas de un hormiguero) y / o comunicación que permite interacciones o control remoto.
El programa de instrucción debe ser lo suficientemente sofisticado para responder a la ocurrencia de eventos y cambios simples en el entorno (estímulos) y responder a ellos (individual o colectivamente, como lo harían, por ejemplo, las hormigas en un hormiguero) mediante las reacciones apropiadas.

Microbots en literatura y cine.
Varios autores de la ciencia ficción y el cine utilizan en sus novelas, noticias o películas micro o incluso nanobots, por ejemplo, en forma de micro-drones.