Microbótica é o campo da robótica em miniatura, em particular robôs móveis com dimensões características inferiores a 1 mm. O termo também pode ser usado para robôs capazes de manipular componentes de tamanho micrométrico.

História
Microbots nasceram graças ao aparecimento do microcontrolador na última década do século XX, e ao aparecimento de sistemas mecânicos em miniatura sobre silício (MEMS), embora muitas micro-robôs não utilizem silício para componentes mecânicos que não sejam sensores. A pesquisa mais antiga e o projeto conceitual desses pequenos robôs foram conduzidos no início dos anos 1970, em pesquisas classificadas para agências de inteligência dos EUA. As aplicações previstas naquela época incluíam assistência de resgate de prisioneiros de guerra e missões de interceptação eletrônica. As tecnologias de suporte de miniaturização subjacentes não estavam totalmente desenvolvidas na época, de modo que o progresso no desenvolvimento de protótipos não foi imediatamente obtido a partir desse conjunto inicial de cálculos e design conceitual. A partir de 2008, os menores microrrobôs usam um Scratch Drive Actuator.

O desenvolvimento de conexões sem fio, especialmente Wi-Fi (ou seja, em redes domóticas) aumentou muito a capacidade de comunicação dos microbots e, conseqüentemente, sua capacidade de coordenar-se com outros microbots para realizar tarefas mais complexas. De fato, muitas pesquisas recentes se concentraram na comunicação com microbotes, incluindo um enxame de 1.024 robôs na Universidade de Harvard que se monta em várias formas; e fabricação de microbots na SRI International para o programa “MicroFactory for Macro Products” da DARPA que pode construir estruturas leves e de alta resistência.

Considerações de design
Embora o prefixo ‘micro’ tenha sido usado subjetivamente para significar pequenas escalas de padronização em comprimento, evita confusão. Assim, um nanorrobô teria dimensões características iguais ou menores que 1 micrômetro, ou manipularia componentes na faixa de tamanho de 1 a 1000 nm. Um microrrobô teria dimensões características menores que 1 milímetro, um milirobot teria dimensões menores que um centímetro, um minirobot teria dimensões menores que 10 cm (4 pol) e um pequeno robô teria dimensões menores que 100 cm (39 pol) .

Devido ao seu pequeno tamanho, os microbots são potencialmente muito baratos e podem ser usados ​​em grande número (robótica de enxames) para explorar ambientes que são muito pequenos ou muito perigosos para pessoas ou robôs maiores. Espera-se que os microbots sejam úteis em aplicações como a procura de sobreviventes em edifícios colapsados ​​após um terremoto, ou rastejando pelo trato digestivo. O que os micro-robôs não têm em força ou poder computacional, eles podem compensar usando números grandes, como em enxames de microbots.

A maneira como os microrrobôs circulam é uma função do seu propósito e tamanho necessário. Em tamanhos submicrométricos, o mundo físico exige formas bastante bizarras de se locomover. O número de Reynolds para robôs aerotransportados está próximo da unidade; as forças viscosas dominam as forças inerciais, de modo que “voar” poderia usar a viscosidade do ar, em vez do princípio de sustentação de Bernoulli. Robôs movendo-se através de fluidos podem exigir flagelos rotativos como a forma móvel de E. coli. Hopping é furtivo e energeticamente eficiente; Ele permite que o robô negocie as superfícies de uma variedade de terrenos. Cálculos pioneiros (Solem, 1994) examinaram possíveis comportamentos baseados em realidades físicas.

Um dos maiores desafios no desenvolvimento de um microrobô é conseguir movimento usando uma fonte de alimentação muito limitada. Os microrrobôs podem usar uma pequena fonte de bateria leve, como uma célula de moeda, ou podem eliminar a energia do ambiente circundante na forma de vibração ou energia luminosa. Os micro-robôs agora também usam motores biológicos como fontes de energia, como a Serratia marcescens flagelada, para extrair energia química do fluido circundante para atuar no dispositivo robótico. Esses biorrobôs podem ser diretamente controlados por estímulos como quimiotaxia ou galvanotaxia com vários esquemas de controle disponíveis. Uma alternativa popular a uma bateria on-board é alimentar os robôs usando energia induzida externamente. Exemplos incluem o uso de campos eletromagnéticos, ultra-som e luz para ativar e controlar micro robôs.

Tamanho e definição
O prefixo “micro” tem sido muito usado para designar subjetivamente pequenos robôs, mas tamanhos muito variáveis. Um projeto para padronizar nomes correspondentes a escalas de tamanho evita confusão. Assim:

um nanorobô tem dimensões iguais ou menores que 1 micrômetro, ou permite manipular componentes na faixa de 1 a 1000 nm de tamanho.
Um micro-robô teria dimensões características de menos de 1 milímetro,
um milirobot teria dimensões inferiores a um centímetro (é medido em milímetros),
um minirobot teria dimensões inferiores a 10 cm,
um pequeno robô teria dimensões inferiores a 100 cm.

Condições específicas para o desenvolvimento de microrobóticos
O desenvolvimento de microbots envolve melhor compreensão e controle de certos fenômenos físicos em jogo nessas escalas, porque um micro-robô é submetido a forças que são de grande importância em escalas micrométricas e que não perturbariam um objeto de tamanho maior;

Força de Van der Waals,
eletricidade estática,
tensão superficial,
sopro de ar
efeitos mais exacerbados e brutais do calor solar ou frio, condensação, etc.).

A micro-robótica inclui o estudo de processos de fabricação (micro-sistemas ou mesmo nano-sistemas, incluindo micro ou nanoeletrônica) necessários para elementos de escala muito pequena.

A biomimética é uma disciplina que inspira microrobótica,

Micro-mecânica
Deve permitir que o robô se mova e interaja com seu ambiente, por exemplo:

De hápticos que permitem que o robô adira a um robô, e possivelmente segure objetos, monte outro microrobô, ou seja ancorado a um substrato;
de micromotores que permitem que elementos móveis se movam ao longo de um ou mais graus de liberdade;
micro-giroscópios ou dispositivos alternativos que executam funções semelhantes são pesquisados;
modos inovadores de viagem; Por exemplo, como os gerris fazem, os microbots já podem se mover sobre a água aproveitando a tensão superficial desse “substrato” líquido. Também tentamos imitar os otários das lagartixas, de modo a permitir que um robô de várias gramas ou dezenas de gramas ande no teto ou em qualquer suporte (Programa Geckohair Nanolab da Universidade Carnegy Mellon). Os alunos trabalham em sistemas de adesão adaptando-se a vários graus de inclinação, permitindo uma caminhada suspensa (no teto, sob uma folha …).

Biomimético
Uma fonte de inspiração para a robótica é a própria natureza, que testou muitos mecanismos e comportamentos, algumas robóticas interessadas. Imitar o funcionamento de redes neurais e centros nervosos e geradores centrais da medula espinhal de animais primitivos já pode imitar certos mecanismos, como andar, nadar, correr, engatinhar. Os grupos musculares são substituídos por servomotores, mas são animados reproduzindo os movimentos e o ritmo de andar, nadar, engatinhar ou correr de acordo com os pulsos distribuídos em microcircuitos de computador que imitam a rede nervosa.

A imitação às vezes vai ainda mais longe. por exemplo:

A Nanolab trabalha para identificar e reproduzir algumas moléculas coloidais altamente adesivas sintetizadas por animais (caracóis, lesmas, alguns coleópteros podem aderir fortemente, mas temporariamente, a um suporte graças a essas moléculas). Desenvolve uma instrumentação adaptada para a medição dos desempenhos deste tipo de adesivo.
o nanolab produziu um pequeno robô em forma de tanque com lagartas adesivas que podem subir nas paredes grudando nele;
A Nanolab também desenvolveu microfibras adesivas que permitem uma adesão muito reforçada em um plano não horizontal, mas um desempenho que está longe de ser capaz de reproduzir é a capacidade de sistemas vivos de curar, alimentar e reproduzir capacidades que também apresentam novas questões éticas que vão além do campo usual da bioética.
Um robô inspirado pela salamandra evolui facilmente de um ambiente aquático para o terrestre; Uma galinha pode continuar a correr reflexivamente com a cabeça cortada, mostrando que a espinha e a medula espinhal contêm os centros motores essenciais.
Robôs (salamandra ou cobra) imitam o rastreamento 8. Com base nesse princípio, Joseph Ayers (Universidade Northeastern, em Boston) também desenvolveu robôs que imitam os movimentos da lampreia e da lagosta.

Riscos e Limitações
Um dos riscos da biomimética é que robôs muito parecidos com animais são confundidos com seus modelos e caçados por predadores reais.

Microeletrônica
O microprocessador permite a execução de software de computador dando autonomia ao robô. Microprocessadores de baixa potência são necessários para os microbots, porque eles precisam permanecer leves e não podem carregar uma fonte significativa de energia com eles.

Biomecânica
Pesquisadores conseguiram animar um robô, ou mais precisamente, reagir ao robô a obstáculos ou à luz através de culturas de neurônios de ratos.

Micro ou nano-sensores
Eles devem permitir que o robô se situe (ou o localize) em seu ambiente;
Estas são, por exemplo, células que reagem à luz, sensores de temperatura, sensores de pressão, sensores de ondas, antenas de rádio e assim por diante. até uma micro-câmera.

Usos possíveis
Espera-se que eles possam executar automaticamente tarefas que são perigosas, dolorosas, repetitivas ou impossíveis para os humanos (em pequenos espaços, no vácuo), ou tarefas que são mais simples, mas que as executam melhor do que um ser humano faria.

Os prospectistas imaginam que eles podem ser usados ​​como

robô industrial e técnico (capaz de, por exemplo, construir peças ou mecanismos muito pequenos, diagnosticar ou reparar o interior de uma máquina sem desmontá-la, inspecionar uma tubulação por dentro, etc. Imagina-se que eles possam trabalhar em um vácuo ou na ausência de ar, etc.)
aspirador robô ou agregado familiar menor e mais discreto do que aqueles que existem atualmente
robô brincalhão (ensinar robôs a programar … Por enquanto, eles existem apenas na forma de brinquedos com a imagem de robôs, mas que não são eles mesmos) ou robôs pedagógicos do tipo BEAM (acrônimo “Biologia Eletrônica Estética e Mecânica”) são robôs que não são muito inteligentes, sem um microcontrolador ou programa embutido de qualquer tipo; Uma mola ou um elástico simples pode ser uma fonte de energia mecânica para pequenos projetos experimentais.
Robô médico ou assistência médica. um micro-robô poderia, talvez, um dia operar em um organismo vivo.
Micro-sondas espaciais ou micro-robôs para serem enviados ao espaço para economizar o volume ocupado e a carga de take-away na exploração espacial

Autonomia
Para ser autônomo, o micro-robô deve ter:

sensores suficientemente eficientes (micro ou nanosensores)
autonomia energética que requer micro-baterias eficientes, baixo consumo de energia ou a capacidade de encontrar e explorar uma fonte externa de energia (solar, feixe de microondas, fonte de hidrogênio fornecendo sua célula de combustível de hidrogênio, capacidade biomimética para extrair energia da matéria orgânica ..). Uma maneira de economizar energia é garantir que as várias funções de um microrobô sejam ativadas somente quando necessário e de maneira ideal. O resto do tempo eles são colocados em modo de espera, o que não impede que ele se mova de forma passiva (carregado pelo vento, a corrente, um veículo ..)
um sistema de inteligência embutido (individual ou coletivo no caso de robôs com funções complementares trabalhando em conjunto, na forma de formigas de um formigueiro) e / ou comunicação permitindo interações ou controle remoto.
O programa instrucional deve ser sofisticado o suficiente para responder à ocorrência de eventos simples e mudanças no ambiente (estímulos) e responder a eles (individual ou coletivamente, como seria feito, por exemplo, por formigas em um formigueiro) por meio de reações apropriadas.

Microbots na literatura e cinema
Vários autores de ficção científica e cinema usam em seus romances, notícias ou filmes micro ou mesmo nanobots, por exemplo, na forma de micro-drones.