Robot minuscoli con un enorme potenziale

Fate un viaggio nel micro-mondo con i costruttori di robot Paul McEuen e Mark Miskin, che spiegano come progettano e producono in massa micro-robot grandi come una cellula e mossi da gambe sottili come atomi e ci mostrano come queste macchine un giorno potrebbero essere "pilotate" nella lotta alle malattie dei raccolti, o per studiare il vostro cervello a livello dei singoli neuroni.

Mark Miskin: Ecco un rotifero.

È un microorganismo,
della larghezza di un capello.

Vive ovunque sulla Terra,
nell'acqua salata, dolce, ovunque.

E questo, in particolare,
è in cerca di cibo.

Ricordo la prima volta
in cui ne ho visto uno.

Avevo circa otto anni;
e mi sconvolse.

È una incredibile creaturina:

caccia, nuota, vive la sua vita;

ma il suo intero universo
sta in una goccia d'acqua di uno stagno.

Paul McEuen: Questo piccolo rotifero
ci dimostra una cosa incredibile.

Ci dice che si può costruire una macchina
funzionale, complessa, intelligente,

ma che sta in un piccolo contenitore,

così piccolo da essere invisibile.

L'ingegnere che è in me
è sconvolto da questa cosa,

che chiunque possa creare
una creatura così.

Ma dietro questo stupore, lo confesso,
c'è un po' di invidia.

Voglio dire, la natura può farlo.

Perché noi no?

Perché noi non riusciamo
a costruire robot minuscoli?

Beh, non sono l'unico
ad aver avuto questa idea.

In effetti, negli ultimi anni

ricercatori di tutto il mondo
hanno accettato la sfida

di provare a costruire robot
così piccoli da essere invisibili.

Oggi vi parleremo

del tentativo della Cornell University,

e ora della University of Pennsylvania,

di provare a costruire robot minuscoli.

Ok, questo è l'obiettivo.

Ma come facciamo?

Come iniziamo a costruire
robot minuscoli?

Fra tutti, Pablo Picasso
è il primo a darci un indizio.

Picasso disse infatti:

[I buoni artisti copiano,
i grandi rubano.]

(Risate)

"I buoni artisti copiano.
I grandi artisti rubano".

(Risate)

Ok, ma rubano a chi?

Che ci crediate o no,

gran parte della tecnologia necessaria
a costruire robot minuscoli esiste già.

L'industria dei semiconduttori
ha continuato a migliorare

nella creazione di dispositivi
sempre più piccoli,

al punto da saper mettere
circa un milione di transistor

nello spazio di un contenitore
grande, ad esempio,

come un paramecio unicellulare.

Non si tratta solo di elettronica.

Sanno costruire piccoli sensori,

LED,

interi sistemi di comunicazione
così piccoli da essere invisibili.

Ecco cosa faremo.

Ruberemo quella tecnologia.

Questo è un robot.

(Risate)

Un robot, a quanto pare, ha due parti.

Ha una testa e ha delle gambe.

[Ruba questo: cervello]

(Risate)

Lo chiameremo "robot senza gambe":

che suonerà esotico,

ma è abbastanza forte così com'è.

In effetti, molti di voi hanno con sé
un robot senza gambe, ora.

Lo smartphone è il robot senza gambe
più riuscito di sempre.

In soli 15 anni ha conquistato il mondo.

E perché non dovrebbe?

È una macchina così piccola e bella.

È intelligentissima,

ha ottime capacità comunicative;

e il tutto in un contenitore
che potete tenere in mano.

Noi vorremmo costruire
una cosa del genere,

ma in scala cellulare,

grande come un paramecio.

Ed eccolo qui.

Il nostro smartphone unicellulare.

Assomiglia perfino, a uno smartphone;

ma è 10.000 volte più piccolo.

Si chiama OWIC.

[Optical Wireless Integrated Circuits]

Ok, non siamo dei pubblicitari, va bene?

(Risate)

Ma è abbastanza potente di suo.

In realtà, l'OWIC è diviso in parti.

Nella parte alta, ci sono
delle piccole celle fotovoltaiche;

se si illumina il dispositivo

si attiva un piccolo circuito
che è al centro.

E quel circuito controlla
un minuscolo LED,

che può lampeggiare

e permette all'OWIC di comunicare con voi.

A differenza degli smartphone, quindi,

l'OWIC comunica usando la luce,

come una piccola lucciola.

Una cosa molto interessante degli OWIC

è che non ne creiamo uno alla volta,

saldando insieme tutti i componenti.

Li creiamo massivamente in parallelo.

Ad esempio, un milione di OWIC circa

possono stare su un wafer
da quattro pollici.

E come sullo smartphone
ci sono diverse app,

qui si possono avere diversi OWIC.

C'è quello che misura la tensione,

quello che misura la temperatura,

o quello che ha solo una lucina
che lampeggia per farsi vedere.

Questi piccoli dispositivi
sono piuttosto accattivanti, quindi.

Vorrei parlarvene più nel dettaglio,

ma prima devo parlarvi d'altro.

Vi dirò un paio di cose sui penny
che forse non sapete.

Questo è un penny un po' vecchio.

Sul retro ha un'immagine
del Lincoln Memorial.

Ma la prima cosa che forse non sapete

è che, se ingrandite il centro,

potete davvero vedere Abraham Lincoln,

come al vero Lincoln Memorial
non lontano da qui.

Sono sicuro che non sapete

che, se ingrandite ancora,

(Risate)

vedrete che c'è un OWIC
sul petto di Abe Lincoln.

(Risate)

Ma la cosa fantastica è

che potreste fissarlo tutto il giorno
e non riuscireste a vederlo.

È invisibile ad occhio nudo.

Gli OWIC sono così piccoli,

e li produciamo in tale quantità

che gli OWIC costano meno di un penny.

In effetti, la cosa più costosa
è questa piccola etichetta

con scritto "OWIC".

(Risate)

Costa circa otto centesimi.

(Risate)

Siamo entusiasti di tutto questo
per vari motivi.

Per esempio, possiamo usarli
come minuscoli antitaccheggio,

più precisi di un'impronta digitale.

Li stiamo inserendo
all'interno di attrezzature mediche

per fornire informazioni,

e cominciamo a pensare
di inserirli nel cervello

per ascoltare ogni singolo neurone.

In realtà c'è solo una cosa
che non va in questi OWIC.

Non è un robot.

È solo una testa.

(Risate)

E saremo tutti d'accordo nel dire
che mezzo robot non è un robot.

Senza le gambe non abbiamo nulla.

MM: Ok, per cui ci servono anche
le gambe, per costruire un robot.

Ne risulta che non si può solo rubare
della tecnologia preesistente.

Se si vuole che il robot abbia le gambe,
servono attuatori, parti che si muovono.

Devono rispondere a vari requisiti.

Per esempio, devono essere
a bassa tensione.

E bassa potenza, pure.

Ma prima di tutto, devono essere piccoli.

Se si vuole un robot a misura di cellula,
servono gambe a misura di cellula.

Nessuno sa come farlo.

Non c'è una tecnologia preesistente
che soddisfi tutte queste richieste.

Per dare le gambe al nostro robot,
abbiamo fatto una cosa nuova.

Ecco cosa abbiamo costruito.

Questo è uno dei nostri attuatori,
a cui sto applicando tensione.

Quando lo faccio,
l'attuatore risponde arricciandosi.

Può sembrare una cosa da poco;

ma se gli affiancassimo un globulo rosso,
sarebbe grande più o meno così.

Sono riccioli incredibilmente piccoli.

Sono davvero piccoli,

ma il dispositivo può piegarsi e spiegarsi
senza problemi né rotture.

Come ci riusciamo?

L'attuatore è composto
da uno strato di platino,

spesso una dozzina di atomi appena.

Pare che immergendo il platino nell'acqua,
e applicando una tensione,

degli atomi di acqua
si attaccano o staccano

dalla superficie del platino,

in base alla tensione applicata.

Questo genera una forza,

che si può usare per attuazioni
a tensione controllata.

La chiave era rendere tutto ultra-sottile,

così che l'attuatore
fosse abbastanza flessibile

da potersi piegare senza rompersi,

e poter usare le forze generate

dall'attaccarsi e staccarsi
di uno strato di atomi.

E non dobbiamo nemmeno
costruirli uno alla volta.

Anzi, proprio come per l'OWIC

possiamo produrli in modo
massivamente parallelo.

Ecco qui qualcosa come 2000 attuatori.

Mi basta applicare corrente

e loro ondeggiano,

come le gambe di un futuristico
esercito di robot.

(Risate)

Quindi ora abbiamo
sia il cervello che la forza bruta.

Abbiamo l'intelligenza, e gli attuatori.

L'OWIC è il cervello.

Fornisce i sensori, l'apporto di energia

e un sistema ottico
di comunicazione bilaterale.

Gli strati di platino
sono i muscoli, invece.

Sono ciò che fa muovere il robot.

Adesso possiamo unire questi due pezzi

e cominciare a costruire minuscoli robot.

Come prima cosa,

abbiamo voluto costruire
un robot semplice.

Questo si muove
con il controllo dell-utente.

Nel centro ci sono un po' di cavi
e cellule fotovoltaiche.

Questo è l'OWIC.

È connesso a delle gambe
che hanno uno strato di platino

e con dei pannelli rigidi posti in alto,

che dicono alle gambe
come piegarsi, e che forma prendere.

L'idea è che puntando un laser
alle diverse celle fotovoltaiche

si possa scegliere quale gamba muovere
e far andare in giro il robot.

Ovviamente, anche questi
non si costruiscono separatamente.

Costruiamo anche loro in modo
massivamente parallelo.

Possiamo costruirne circa un milione
per un wafer da quattro pollici.

Nell'immagine a sinistra,
per esempio, abbiamo un chip,

e su questo chip ci sono,
all'incirca, 10.000 robot.

Nel nostro mondo, il macro-mondo,

questo potrebbe sembrarci
un nuovo microprocessore o simile.

Ma se prendete il chip,
e lo guardate con un microscopio,

vedrete migliaia e migliaia
di robot minuscoli.

Per ora, questi robot sono bloccati

sulla superficie su cui
li abbiamo costruiti.

Per lasciarli muovere, dobbiamo liberarli.

E volevamo mostravi come facciamo
a liberare l'esercito robot,

ma il processo prevede
agenti chimici molto pericolosi,

roba davvero tosta,

e siamo a circa un miglio
dalla Casa Bianca, giusto?

Già. Non ce lo avrebbero fatto fare.

Per cui...

(Risate)

vi faremo vedere un video, invece.

(Ride)

State guardando l'ultima fase
dello spiegamento dei robot.

Usiamo agenti chimici

per incidere il substrato sotto i robot.

Quando si dissolve, i robot sono liberi
di prendere la loro ultima forma.

Qui potete vedere che la resa
è intorno al 90 percento,

per cui quasi tutti quei 10.000 robot

possono essere dispiegati
e controllati più avanti.

Possiamo anche prendere i robot
e metterli in vari posti.

Se guardate il filmato a sinistra,
quelli sono robot in acqua.

Mi avvicino con una pipetta
e li aspiro a tutti.

Quando poi li si inocula di nuovo
fuori dalla pipetta, stanno benissimo.

Anzi, i robot sono così piccoli,

da poter passare attraverso
il più fine ago ipodermico.

Per cui, se voleste,

potreste farvi un'iniezione
e riempirvi di robot.

(Risate)

Mi sembra che ci stiano.

(Risate)

A destra c'è un robot
messo nell'acqua di uno stagno.

Aspettate un momento.

Ooop!

Visto? Non era uno squalo.
Era un paramecio.

Ecco il mondo in cui vivono queste cose.

Ok, è tutto meraviglioso,
ma a questo punto potreste chiedervi:

"Ma camminano?"

Giusto? Dovrebbero, sarebbe il caso;
per cui scopriamolo.

Ecco il robot e lì, nel mezzo,
le celle fotovoltaiche.

Sono quei piccoli rettangoli.

Guardate meglio la cella fotovoltaica
in alto nella slide.

Vedete quella macchia bianca?

È di un laser.

Guardate che succede
quando comincio a puntare il laser

verso diverse celle fotovoltaiche.

Partito!

(Applausi)

Sì!

(Applausi)

Il robot se ne va,
marciando per il micro-mondo.

Un aspetto affascinante di questo video

è che sto davvero pilotando il robot.

In effetti, per sei mesi il mio lavoro
è stato colpire col laser robot minuscoli

per guidarli in giro per il micro-mondo.

Era davvero il mio lavoro.

Direi che è il lavoro più figo del mondo.

(Risate)

Ti dà un senso di frenesia totale,
di star facendo l'impossibile.

Il senso di meraviglia che provai
usando un microscopio per la prima volta,

quando da bambino vidi un rotifero.

Adesso sono padre e ho un bambino,
che sta per compiere tre anni.

Un giorno guarderà dentro
a un microscopio come quello.

E spesso mi chiedo:

cosa vedrà?

Invece di guardare solamente
il micro-mondo,

noi esseri umani ora
possiamo creare la tecnologia

per dargli una forma,
interagire con esso, progettarlo.

Tra 30 anni, quando lui avrà la mia età,
cosa farà con queste capacità?

I micro-robot vivranno nel nostro sangue,
come fanno ora i batteri?

Elimineranno i parassiti
dalle nostre colture?

Ci diranno se abbiamo infezioni

o combatteranno il cancro
una cellula alla volta?

PM: E la cosa fantastica

è che voi potrete partecipare
a questa rivoluzione.

Tra dieci anni,

quando comprerete il nuovo
iPhone 15x Moto, o come si chiamerà,

(Risate)

magari sarà venduto con un vasetto
con qualche migliaio di robot

che potrete controllare
con una app del cellulare.

Se volete cavalcare
un paramecio, quindi, fatevi sotto.

Se volete fare i DJ
al più piccolo robot party del mondo,

fatelo.

(Risate)

Per quanto mi riguarda, sono emozionato
al pensiero di quel giorno.

MM: Grazie.

(Applausi)