Onderzoekers Ontwikkelen Kleinste Programmeerbare, Autonome Robots Ooit

Onderzoekers van de University of Pennsylvania (UPenn) en de University of Michigan (UMich) hebben in december 2025 een technologische mijlpaal bereikt met de ontwikkeling van de kleinste volledig programmeerbare, autonome robots ter wereld. Deze microscopische zwemmende machines zijn nauwelijks met het blote oog waarneembaar en kunnen maandenlang onafhankelijk opereren, waarbij de productiekosten per eenheid slechts één cent bedragen. De prestatie lost een wetenschappelijke uitdaging op die het veld van de micro-robotica al meer dan veertig jaar bezighield: het bereiken van ware autonomie op deze minuscule schaal.

Marc Miskin, hoofdonderzoeker en adjunct-hoogleraar aan Penn Engineering, vestigde de schaalverkleining door te stellen dat de ontwikkelde autonome robots tienduizend keer kleiner zijn dan eerdere modellen. Elke robot meet ongeveer 200 bij 300 bij 50 micrometer, wat neerkomt op 0,2 x 0,3 x 0,05 millimeter, en opereert daarmee op het niveau van veel biologische micro-organismen. Cruciaal voor hun functionaliteit is de integratie van elektronische sensoren en een ingebouwde computer. Deze componenten stellen de machines in staat om lokale temperatuurvariaties met een nauwkeurigheid tot een derde van een graad Celsius te detecteren en hun trajecten zelfstandig aan te passen zonder externe aansturing via joystick of magnetische velden.

De voortstuwing van de miniatuurapparaten is een technisch hoogstandje, waarbij geïntegreerde zonnecellen door licht worden geactiveerd. Deze energie drijft een elektrokinetisch systeem aan dat een elektrisch veld in het omringende water genereert, wat resulteert in voortstuwende stromingen. Dit ontwerp elimineert de noodzaak van bewegende onderdelen, wat de robots uitzonderlijk duurzaam maakt en hun operationele duur op maanden brengt. Deze methode overwon de natuurkundige uitdaging op deze schaal, waarbij viskeuze krachten de beweging bemoeilijken alsof men door teer duwt.

De implicaties van deze doorbraak, mede mogelijk gemaakt door de expertise van David Blaauw en Dennis Sylvester van UMich op het gebied van sub-millimeter computers, zijn significant voor zowel de geneeskunde als de industrie. In de biomedische sector kunnen de robots worden ingezet voor het langdurig monitoren van de gezondheid van individuele cellen, waarbij temperatuurmetingen dienen als een proxy voor cellulaire activiteit. Binnen industriële processen bieden ze potentieel voor het assisteren bij de constructie van apparaten op microschaal. De ontwikkeling is beschreven in de wetenschappelijke publicaties Science Robotics en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Waar eerdere systemen, zoals die met een twin-jet-motor uit 1999, afhankelijk waren van externe bediening, vertegenwoordigen deze nieuwe eenheden een sprong naar werkelijke autonomie. De robuustheid van het systeem maakt ze gemakkelijk te hanteren met standaard laboratoriumapparatuur zoals een micropipet, en biedt tevens de mogelijkheid om gecoördineerde zwermen te vormen. De financiering voor dit werk omvatte onder andere steun van de National Science Foundation, wat de maatschappelijke relevantie van het onderzoek onderstreept en een nieuw domein voor programmeerbare robotica opent.