Vědci dosáhli průlomu v mikrorobotice řízením mikroskopických strojů pomocí principů odvozených z Einsteinovy teorie relativity. Tato technika připravuje cestu pro malé roboty pro použití v medicíně, výrobě a dalších oborech – bez potřeby objemných senzorů, které by omezovaly jejich funkčnost v mikroměřítku.
Problém s navigací mikrorobotů
Vývoj funkčních mikrorobotů představuje významnou překážku: jak je přesně vést bez přidání palubní elektroniky, která by je učinila příliš velkými pro úkoly, jako je práce uvnitř lidského těla. Tradiční navigační systémy vyžadují senzory, procesory a napájecí zdroje, které se na mikroskopické úrovni rychle stanou nepraktickými. Tým z Pensylvánské univerzity tento problém vyřešil pomocí neočekávaného řešení: samotné struktury časoprostoru.
Simulace gravitace pomocí světla
Studie zahrnovala 100mikronové elektrokinetické (EK) roboty ponořené do ionizovaného roztoku. Tyto roboty poháněné malými solárními články a elektrodami se při vystavení světlu pohybují kapalinami a vytvářejí elektrická pole, která je pohání vpřed. Klíčovou inovací je jak byli tito roboti vedeni.
Místo složitých algoritmů nebo externích senzorů vytvořili vědci „umělý časoprostor“ pomocí světelných vzorů. Tento přístup je založen na Einsteinově obecné teorii relativity, která vysvětluje, jak gravitace ohýbá časoprostor kolem hmotných objektů. Světlo a předměty sledují nejkratší dráhy zvané geodézie, které se zdají být zakřivené kvůli tomuto zakřivení. Představte si, jak je světlo kolem kupy galaxií deformováno – tento efekt je zde reprodukován v mikroskopickém měřítku.
Jak vysvětlil hlavní autor Mark Miskin: „Ukázali jsme, že chování robotů EK ve strukturovaných světelných polích je totožné s dráhami, kterými se řídí světlo v obecné relativitě.“ To znamená, že se roboti efektivně chovají jako, jako by reagovali na gravitační síly, i když žádná skutečná gravitace neexistuje.
Umělý časoprostor v praxi
Výzkumný tým modeloval jednoduché bludiště jako zakřivený virtuální prostor pomocí rovnic relativity. V tomto modelu se cesty k cílovému bodu stanou přímkami. Převedení tohoto modelu na 2D světelnou mapu vytvořilo prostředí, ve kterém tmavé skvrny přitahovaly roboty a světlé skvrny je odpuzovaly. Koncový bod bludiště byl navržen tak, aby byl nejtmavším bodem, fungoval jako falešná černá díra a překážky byly osvětleny jasněji.
Výsledek? Bez ohledu na svou výchozí pozici roboti EK přirozeně sledovali tyto geodetiky a snadno se pohybovali kolem stěn, jako by klouzali po zakřiveném prostoru. Výzkum publikovaný v npj Robotics v listopadu 2025 demonstruje funkční aplikaci principů relativity v robotice.
Propojení fyziky a technologie
Miskin zdůrazňuje, že tato práce není o výběru mezi fyzikou a technologií, ale spíše o jejich kombinaci. Relativita a optika poskytují dobře zavedené nástroje a robotika nabízí konkrétní, mechanistický náhled. Experimenty také poskytují nové pohledy na samotnou obecnou relativitu, zejména při studiu „plochých časoprostorů“ ve 2D prostředích.
Budoucí důsledky
Ačkoli je tato technologie stále v rané fázi, mohla by přinést praktické výsledky během příštího desetiletí. Potenciální aplikace zahrnují dentální biopsie k zajištění vyčištění kořenového kanálku, eliminaci nádorů přesným lokálním měřením a dokonce i sestavení čipu pomocí malých robotických asistentů. Mikrosvět, jak říká Miskin, teprve začíná odhalovat své schopnosti.
Tento výzkum představuje silné spojení teoretické fyziky a praktického inženýrství, které otevírá nové obzory pro vývoj komplexních mikrorobotů s nebývalými navigačními schopnostmi.
