Robôs minúsculos com um grande potencial

Viaje para o micromundo à medida que os roboticistas Paul McEuen e Marc Miskin explicam como eles desenvolveram e produziram em grande escala microrobôs do tamanho de uma célula, movidos por pernas atomicamente finas, e mostram como estas máquinas poderão um dia "ser pilotadas" para combater doenças agrícolas ou estudar os neurônios do seu cérebro isoladamente.

Mark Miskin: Este é um rotífero.

Ele é um micro-organismo da grossura
de aproximadamente um fio de cabelo.

Eles vivem por toda a Terra,
água salgada, água doce, em todo lugar,

e este aqui está procurando por comida.

Me lembro da primeira vez que vi isso.

Eu tinha oito anos de idade
e ele me surpreendeu completamente.

Aqui está esta pequena criatura incrível,
caçando, nadando, curtindo a vida,

mas o seu universo inteiro cabe
dentro de uma gota de água.

Paul McEuen: Este rotífero pequenino
nos mostra algo muito incrível.

Ele nos diz que podemos
construir uma máquina

funcional, complexa, inteligente,
mas tudo num pacote pequenino,

tão pequeno que é impossível vê-lo.

Agora, o engenheiro em mim
está encantado por esta coisa,

que qualquer um poderia
criar tal criatura.

Mas por trás desta admiração, preciso
admitir que há um pouco de inveja.

A natureza pode fazê-lo.
Por que nós não podemos?

Por que não podemos construir
robôs minúsculos?

Não sou o único a ter esta ideia.

Na verdade, nos últimos anos,

pesquisadores ao redor do mundo
começaram o trabalho

de tentar construir robôs

que são tão pequenos
que não podem ser vistos.

E o que iremos dizer para vocês hoje

é uma tentativa da Universidade Cornell,

e agora da Universidade da Pensilvânia,

para tentar criar robôs minúsculos.

Certo, então este é o objetivo.

Mas como fazemos isto?

Como abordamos a construção
de robôs minúsculos?

Pablo Picasso, dentre todas as pessoas,
nos dá nossa primeira pista.

Ele disse:

(Risos)

"Bons artistas copiam.
Grandes artistas roubam".

(Risos)

Mas roubar de onde?

Bem, acreditem se quiser,

a maioria da tecnologia que precisamos
para criar um robô minúsculo já existe.

O semicondutor industrial
está ficando cada vez melhor

na fabricação de aparelhos
cada vez menores,

então a esta altura, eles poderiam colocar
algo como um milhão de transistores

dentro de um pacote do tamanho
ocupado por um paramécio unicelular.

E não é apenas nos eletrônicos.

Eles também podem construir
pequenos sensores, LEDs,

pacotes inteiros de comunicações
pequenos demais para serem vistos.

Então é isto que vamos fazer.

Vamos roubar esta tecnologia.

Aqui está um robô.

(Risos)

Eles têm duas partes,
conforme foi descoberto:

uma cabeça e pernas.

[Roube estes: cérebros]

(Risos)

Vou chamar este de um robô sem perna,

o que pode soar estranho,

mas eles são muito legais por si sós.

Na verdade, a maioria de vocês tem
um robô sem perna neste momento.

O seu smartphone é o robô sem perna
mais bem-sucedido do mundo.

Em apenas 15 anos
ele dominou o planeta inteiro.

E por que não?

Ele é uma máquina pequena tão bonita.

É incrivelmente inteligente,

tem excelente capacidade de comunicação

e tudo está num pacote que podemos
segurar na nossa mão.

Gostaríamos de poder construir algo assim,

só que em escala celular,

do tamanho de um paramécio.

E aqui está.

Este é o nosso smartphone unicelular.

Ele até mesmo parece um smartphone,

só que é cerca de 10 mil vezes menor.

Nós o chamados de um OWIC.

[Circuitos integrados
de comunicação óptica]

Não estamos fazendo propaganda, certo?

(Risos)

Mas é muito legal por si só.

Na verdade, este OWIC tem inúmeras partes.

Aqui perto da parte superior,

estão estes painéis solares
legais e pequenos

que acendem no nosso aparelho
e ativam um circuito localizado no meio.

E o circuito pode guiar um LED minúsculo,

que pode piscar e permitir
que o OWIC se comunique conosco.

Ao contrário do telefone celular,

o OWIC se comunica com a luz,

como um vaga-lume minúsculo.

Algo muito legal sobre estes OWICs

é que não os fabricamos um de cada vez,

soldando todas as partes.

Os fabricamos em larga escala.

Por exemplo, cerca de um milhão
destes OWICs

cabem numa única bolacha
de quatro polegadas.

E assim como o nosso telefone
tem vários aplicativos,

podemos ter tipos diversos de OWICs.

Pode haver aqueles que medem
voltagem, outros a temperatura

ou os que têm apenas uma pequena luz
que pisca para nos mostrar que está lá.

Estes aparelhos minúsculos
são muito legais.

E gostaria de explicá-los
mais detalhadamente.

Mas primeiro, preciso contar outra coisa:

curiosidades sobre moedas de um centavo
que talvez desconheçam.

Esta aqui é uma moeda
um pouco mais antiga.

Tem a imagem do Memorial Lincoln atrás.

Mas talvez não saibam que,
se a aumentarmos,

podemos ver Abraham Lincoln no centro,
assim como no verdadeiro Memorial Lincoln,

não muito longe daqui.

Mas certamente não sabem
que se a aumentarmos ainda mais,

(Risos)

verão que há um OWIC no peito de Lincoln.

(Risos)

Mas o legal disto,

é que poderíamos olhar para ele
o dia todo e jamais o notaríamos.

É invisível a olho nu.

Estes OWICs são tão pequenos,

e nós os fabricamos paralelamente,

que cada OWIC custa menos que um centavo.

Na verdade, o mais caro neste protótipo
é este pequeno adesivo que diz "OWIC".

(Risos)

Custou aproximadamente US$ 0,08.

(Risos)

Estamos muito empolgados
com eles por várias razões.

Por exemplo, podemos usá-los
como pequenos crachás de segurança

que identificam mais do que
uma impressão digital.

Na verdade, estamos embutindo-os
em outros aparelhos médicos

para fornecer outras informações,

e até mesmo pensando
em colocá-los no cérebro

para escutar aos neurônios um a um.

Há apenas uma coisa errada com os OWICs:

eles não são um robô.

São apenas uma cabeça.

(Risos)

E acho que todos concordamos

que metade de um robô
não é um robô inteiro.

Sem pernas, não temos basicamente nada.

MM: Precisamos de pernas também,
se quisermos construir um robô.

Acontece que não podemos
simplesmente roubar

alguma tecnologia pré-existente.

Se quisermos pernas no robô minúsculo,
devemos ter acionadores, partes móveis.

Estes precisam satisfazer
a vários requisitos diferentes,

como ter baixa voltagem e energia, também.

Mas o mais importante:
precisam ser pequenos.

Se quisermos criar um robô unicelular,
precisamos de pernas de tamanho celular.

Ninguém sabe como criar isto.

Não havia tecnologia que preenchia
a todas estas exigências.

Para fazer as pernas
dos nossos robôs minúsculos,

tivemos que criar algo novo.

Construímos um dos nossos acionadores,
ao qual estou aplicando voltagem.

Quando o faço, vemos que o acionador
responde enrolando-se.

Isto pode não parecer muito,

mas se colocássemos uma hemácia na tela,
seria de cerca desse tamanho,

então estes são caracóis
incrivelmente minúsculos,

ainda assim, o acionador pode dobrar-se
e desdobrar-se facilmente, sem quebrar.

Como fazemos isto?

Ele é feito de um camada de platina
de cerca de 12 átomos de espessura.

Se pegarmos platina e colocá-la em água
e submetê-la à voltagem,

átomos da água irão se atrair
ou repelir da superfície de platina,

dependendo da voltagem que utilizarmos.

Isto cria uma força

que pode ser usada num acionador
de voltagem controlada.

O segredo aqui foi fazer tudo ultrafino.

Assim, o acionador é flexível o bastante

para se dobrar em tamanhos
pequenos sem romper,

e conseguir usar as forças aplicadas

através da adição ou remoção
de uma única camada de átomos.

E não precisamos construí-los um a um.

Na verdade, assim como os OWICs,

podemos produzi-los em grande escala.

Aqui estão cerca de alguns
milhares de acionadores,

e só estou aplicando uma voltagem,

e todos ondulam,

parecendo-se nada mais do que pernas
de um exército de robôs futurísticos.

(Risos)

Agora temos os cérebros e os músculos.

Temos a inteligência e os acionadores.

Os OWICs são os cérebros.

Eles nos dão sensores e fontes de energia,

bem como um sistema de comunicação
de via dupla por luz.

As camadas de platina são os músculos.

São elas que irão mover o robô.

Agora podemos pegar
essas duas partes, uni-las

e começar a construir
nossos minúsculos robôs.

Primeiro, queríamos criar
algo muito simples.

Este robô anda por aí
sob comando do usuário.

No centro há painéis solares
e alguns fios ligados a ele.

Isto é o OWIC.

Eles são conectados a pernas
que têm um camada de platina

e painéis rígidos que colocamos por cima

para dizer às pernas como dobrar-se,
que forma deveriam ter.

A ideia é que ao disparar um laser
nos diversos painéis solares,

podemos decidir qual perna
queremos que ele mova,

e fazer com que o robô ande.

Claro que não precisamos
construí-los um de cada vez,

mas em grande escala, também.

Podemos criar cerca de um milhão de robôs
num único biscoito de quatro polegadas.

Por exemplo, a imagem à esquerda é um chip

que tem cerca de 10 mil robôs nele.

Em nosso mundo, o macromundo,

isso pode parecer um novo
microprocessador ou algo do tipo.

Mas se pegarmos o chip
e colocá-lo no microscópio,

veremos milhares de minúsculos robôs.

E eles ainda estão ligados à superfície
na qual os construímos.

Para que eles caminhem,
precisamos soltá-los.

Queríamos mostrar ao vivo como fazemos,
como soltamos o exército de robôs,

mas o processo envolve elementos
químicos altamente perigosos,

bem perigosos mesmo,

e estamos a cerca de 1,6 quilômetros
da Casa Branca, não é?

Sim. Eles não nos deixariam fazer isto.

(Risos)

Vamos exibir um filme para vocês.

Vemos aqui os estágios finais
do acionamento dos robôs.

Estamos usando elementos químicos
pra extrair o substrato embaixo dos robôs.

Uma vez dissolvido, os robôs estão livres
para tomar suas formas finais.

Podemos ver aqui,
um rendimento de cerca de 90%,

o que significa que quase todos
os 10 mil que construímos,

é um robô que podemos utilizar
e controlar mais tarde.

Podemos pegar estes robôs
e também colocá-los em lugares.

Se observarem o filme à esquerda,
há robôs na água.

Vou chegar perto com uma pipeta,
e consigo sugar todos eles.

Quando os jogamos para fora da pipeta,

eles estão bem.

Eles são pequenos o bastante para passar
pela agulha subcutânea mais fina

que conseguirmos encontrar.

Sim, se você quisesse,

poderia se injetar com robôs.

(Risos)

Acho que gostaram da ideia.

(Risos)

À direita está um robô que colocamos
em água de reservatório.

Quero que esperem um segundo.

Viram isto? Não era um tubarão.
Era um paramécio.

Esse é o mundo no qual eles vivem.

Tudo está bem, mas agora
podem estar se perguntando:

"Bem, eles andam?"

É o que eles supostamente fazem.

Tomara. Vamos descobrir.

Eis um robô e os painéis solares no meio;
são estes retângulos pequenos.

Quero que observem o painel solar
mais próximo do topo do slide.

Veem aquele pontinho branco?
Aquilo é um ponto de laser.

Agora observem o que acontece
quando começamos a mover o laser

entre os diferentes
painéis solares do robô.

Aqui vai!

(Aplausos)

Aqui vai o robô marchando pelo micromundo.

Uma coisa legal sobre este filme é
que estou pilotando o robô neste aqui.

De fato, por seis meses, meu trabalho
foi disparar laser nesses robôs minúsculos

e pilotá-los pelo micromundo.

Este era de fato o meu trabalho.

Pelo que sei, este é o trabalho
mais legal do mundo.

(Risos)

Era um sentimento de empolgação total,

como se estivesse fazendo o impossível.

Um sentimento de admiração como o da
primeira vez que olhei por um microscópio,

quando era criança
observando aquele rotífero.

Agora sou pai, tenho um filho
com quase três anos de idade.

Mas um dia, ele irá olhar
por um microscópio como aquele lá.

E eu frequentemente me pergunto:

"O que ele irá ver?"

Ao invés de apenas observar o micromundo,

nós humanos podemos agora construir
tecnologia para moldá-la,

interagir com ela e construí-la.

Em 30 anos, quando meu filho tiver a minha
idade, o que faremos com esta aptidão?

Os microrobôs viverão
em nossa corrente sanguínea

assim como as bactérias?

Viverão em nossas plantações
e combaterão pragas?

Eles nos dirão quando temos infecções ou
combaterão células cancerígenas uma a uma?

PM: E uma parte muito legal é que vocês
poderão participar desta revolução.

Daqui uns dez anos, quando comprarmos
o novo iPhone15x Moto,

ou seja lá como será chamado,

ele poderá vir com um pequeno pote
com milhares de robôs minúsculos nele

que poderemos controlar
por um aplicativo no nosso celular.

Se quiserem dirigir
um paramécio, vá em frente.

Se quiserem animar a festa dançante
dos menores robôs do mundo,

façam acontecer.

(Risos)

E eu, particularmente, estou muito
empolgado para este dia chegar.

MM: Obrigado.

(Aplausos)