För flera år sedan, MIT-professor Neil Gershenfeld hade en djärv tanke. Slås av det faktum att alla världens levande varelser är uppbyggda av kombinationer av bara 20 aminosyror, undrade han:Kan det vara möjligt att skapa ett kit med bara 20 grundläggande delar som kan användas för att montera alla de olika tekniska produkterna i världen?

Gershenfeld och hans elever har gjort stadiga framsteg i den riktningen sedan dess. Deras senaste prestation, presenterades denna vecka på en internationell robotkonferens, består av en uppsättning av fem små grundläggande delar som kan sättas ihop till en mängd olika funktionella enheter, inklusive en liten "gående" motor som kan röra sig fram och tillbaka över en yta eller vrida växlarna på en maskin.

Tidigare, Gershenfeld och hans elever visade att strukturer sammansatta av många små, identiska underenheter kan ha många mekaniska egenskaper. Nästa, de visade att en kombination av stela och flexibla delar kan användas för att skapa morphing flygplansvingar, ett långvarigt mål inom flygteknik. Deras senaste arbete lägger till komponenter för rörelse och logik, och kommer att presenteras vid den internationella konferensen om manipulation, Automation and Robotics at Small Scales (MARSS) i Helsingfors, Finland, i en artikel av Gershenfeld och MIT doktorand Will Langford.

Deras arbete erbjuder ett alternativ till dagens tillvägagångssätt för att konstruera robotar, som till stor del faller in i en av två typer:anpassade maskiner som fungerar bra men är relativt dyra och oflexibla, och omkonfigurerbara sådana som offrar prestanda för mångsidighet. I det nya tillvägagångssättet, Langford kom med en uppsättning av komponenter i fem millimeterskala, som alla kan fästas vid varandra med en standardkontakt. Dessa delar inkluderar de tidigare styva och flexibla typerna, tillsammans med elektromagnetiska delar, en spole, och en magnet. I framtiden, laget planerar att göra dessa av ännu mindre grundläggande deltyper.

Med detta enkla kit med små delar, Langford satte ihop dem till en ny typ av motor som flyttar ett bihang i diskreta mekaniska steg, som kan användas för att vrida ett kugghjul, och en mobil form av motorn som förvandlar dessa steg till rörelse, låta den "gå" över en yta på ett sätt som påminner om de molekylära motorerna som rör muskler. Dessa delar kan också sättas ihop till händer för att greppa, eller ben för att gå, efter behov för en viss uppgift, och sedan senare återmonterad när dessa behov förändras. Gershenfeld kallar dem "digitala material, " diskreta delar som kan sammanfogas reversibelt, bildar ett slags funktionellt mikro-LEGO.

Det nya systemet är ett viktigt steg mot att skapa ett standardiserat kit med delar som kan användas för att montera robotar med specifika möjligheter anpassade till en viss uppgift eller uppsättning uppgifter. Sådana specialbyggda robotar kan sedan tas isär och återmonteras efter behov i en mängd olika former, utan att behöva designa och tillverka nya robotar från grunden för varje applikation.

Langfords initiala motor har en myrliknande förmåga att lyfta sju gånger sin egen vikt. Men om det krävs större krafter, många av dessa delar kan läggas till för att ge mer oomph. Eller om roboten behöver röra sig på mer komplexa sätt, dessa delar skulle kunna fördelas genom hela strukturen. Storleken på byggstenarna kan väljas för att matcha deras tillämpning; teamet har tillverkat nanometerstora delar för att göra nanorobotar, och meterstora delar för att göra megarobotar. Tidigare, specialiserade tekniker behövdes vid var och en av dessa ytterligheter i längdskala.

"En framväxande applikation är att göra små robotar som kan arbeta i trånga utrymmen, " säger Gershenfeld. Några av enheterna som monterades i det här projektet, till exempel, är mindre än ett öre men kan utföra användbara uppgifter.

Att bygga in "hjärnorna, " Langford har lagt till deltyper som innehåller millimeterstora integrerade kretsar, tillsammans med några andra deltyper för att ta hand om anslutning av elektriska signaler i tre dimensioner.

Enkelheten och regelbundenheten hos dessa strukturer gör det relativt enkelt för deras montering att automatiseras. Att göra det, Langford har utvecklat en ny maskin som är som en korsning mellan en 3-D-skrivare och pick-and-place-maskinerna som tillverkar elektroniska kretsar, men till skillnad från någon av dem, denna kan producera kompletta robotsystem direkt från digitala konstruktioner. Gershenfeld säger att denna maskin är ett första steg mot projektets slutmål att "göra en montör som kan montera sig själv av de delar som den monterar."

"Standardisering är en extremt viktig fråga inom mikrorobotik, att minska produktionskostnaderna och, som ett resultat, att förbättra acceptansen av denna teknik till nivån för vanliga industrirobotar, "säger Sergej Fatikow, chef för avdelningen för mikrorobotik och styrteknik, vid universitetet i Oldenburg, Tyskland, som inte var förknippad med denna forskning. Det nya verket "behandlar montering av sofistikerade mikrorobotsystem från en liten uppsättning standardbyggstenar, som kan revolutionera området för mikrorobotik och öppna upp för många applikationer i liten skala, " han säger.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.