Uppsalaforskare utvecklar plattmaskrobotar i EU-projekt

Professor Klas Hjort och forskarassistent Klara Björnander Rahimi i renrummet MyFab där forskarna utvecklar miniatyrroboten som ska rymma solceller, trådlösa sensorer och en motor.

– De här små robotarna ska arbeta enbart med den energi som kommer naturligt från miljön, i detta fall solljus, säger Klas Hjort, projektkoordinator och professor vid avdelningen för mikrosystemteknik.

En centimeter lång och max 20 kubikmillimeter. Större än så är inte prototypen på skärmen i renrummet på Ångströmlaboratoriet. Det är svårt att förstå att slutversionen av denna miniatyrrobot kommer att rymma såväl solceller som trådlösa sensorer - plus en motor. Att skapa något som är så litet som möjligt och ändå få det att kommunicera och röra sig är enligt Klas Hjort den stora utmaningen.

– Totaleffekten för den här insektsstora strukturen är på 1,5 milliwatt. Men av det går endast 0,1 milliwatt eller 100 mikrowatt till elektroniska komponenter för kommunikation, intelligens samt till kemiska sensorer. Resterande dryga 90 procent av mikrorobotens energi går till motordrift.

Laddas med solceller

Ändå kommer mikroroboten att kräva mycket mindre energi för att kunna röra sig än andra robotar av jämförbar storlek, då den kommer att laddas med naturligt solljus. Istället för ett otympligt batteri kommer mikroroboten att drivas av solceller med en bråkdel av ett hårstrås tjocklek, max 10 mikrometer tjocka och följsamma.   

– För att fånga in energin från solen behöver mikrorobotens yta vara så stor som möjligt, säger Klas Hjort. Samtidigt måste den vara mjuk och flexibel för då krävs väldigt lite energi för att den ska röra på sig. En simmande plattmask är en idealisk modell då den uppfyller alla de kraven.

Tanken är att den plattmaskliknande mikroroboten ska kunna förflytta sig själv över ett större område, buren på vattenytan. Arbetet med att utveckla och testköra roboten först i labb och senare i fält delas av nio partners från sex europeiska länder. Projektbudgeten för SOMIRO, från engelskans Soft Milli Robots, ligger på ca 30 miljoner kronor för initialt tre år.

Kan avslöja miljöpåverkan

Målet är att kunna använda teknologin för miljöanalys av växtodlingar i vatten, exempelvis risodlingar eller olika typer av djuruppfödning i vätska som aquaponiska odlingar. Där ska mikroroboten kunna göra kemiska mätningar och kartlägga bland annat koldioxidavtryck, övergödning och överanvändning av bekämpningsmedel och foder.

– Med tio stycken mikrorobotar kan vi lätt täcka ett par hundra kvadratmeter och få en rättvisande bild av till exempel hur mycket gödning eller arsenik som finns i risfält. Robotens sensorsystem gör att den själv kan leta upp de ställen som är mest intressanta att mäta och därmed bidra till ett så bra och hållbart jordbruk som möjligt, säger Klas Hjort.

Det förväntas dock inte att Uppsalaforskarnas del i projektet ska leda till någon form av produkt. Varje steg i projektet är av strategisk relevans och har hög innovationskaraktär enligt Klas Hjort; skulle de lyckas riktigt bra med två eller tre av de ingående teknikerna så vore det i sig en framgång.

Avancerad töjbar kretskortsteknik

Från Sverige deltar förutom Uppsala universitet även företaget Mycronic. Samarbetet mellan de två går tillbaka mer än ett decennium och har resulterat i en digital kretskortsteknik för mjuka och töjbara smarta plåster. Nu kommer Mycronics teknologi för kretskort att användas för att installera kemiska sensorer i mikroroboten. För övrigt finns den utrustning som mikrosystemforskarna behöver vid den nationella forskningsinfrastrukturen MyFab Uppsala och dess renrumsfacilitet på Ångströmlaboratoriet.

– Fram till idag har ingen mikrorobot med lokal intelligens och utan konstant energimatning tagits fram som klarar timmar av kontinuerlig drift från en infrastruktur. Men vi har satt ribban ännu högre, vårt mål är att den här roboten ska kunna klara sig själv i en månad, säger Klas Hjort.

I slutändan tror han att varje robot skulle kunna kosta max några hundra kronor, något som kan göra den tillgänglig för lokalodlingar och bönder i utvecklingsländer.

– Kan man skapa mikrorobotar så kan man förändra samhället. Men man har inte kunnat göra det för att det går åt för mycket energi i förhållande till storleken på roboten. Kan vi visa att det går, möjliggör vi ett helt nytt kapitel inom robotiken.