IT之家12月29日报道，纳米机器人曾经是《杀出重围》、《合金装备》等科幻小说和电子游戏作家的遥远幻想。然而，近年来微型化技术的进步正在使这些看似荒谬的场景越来越接近现实。在不久的将来，我们可能会看到微型机器人可以在人体内进行治疗或完成宏观尺度上难以实现的任务。宾夕法尼亚大学和密歇根大学的联合研究取得了突破性进展，工程师们设计出了迄今为止最小的完全可编程自主机器人，该机器人足够小，可以在生物细胞水平上运行。每个机器人的尺寸约为 200 x 300 x 50 微米，比一粒盐还小，制造成本仅为 1 美分左右。尽管尺寸很小，但这些设备可以移动、感知、计算和响应其环境，而不需要任何电线、磁场或外部电流。控制者。宾夕法尼亚大学电气与系统工程助理教授马克·米斯金 (Mark Miskin) 告诉 Science Alert，这种自主机器人比现有微型机器人小 10,000 倍。米斯金说：“这为可编程机器人开辟了一个全新的规模领域。”研究人员最近在《Science Robotics》和《Proceedings of the National Academy of Sciences》上发表了相关成果。他们设想这种机器人可以用于广泛的应用，从监测单细胞的健康状况到帮助制造微型设备。由于这些机器人与许多微生物的规模相同，未来它们可能会在传统机器人无法进入的组织环境或微型生产线上自由移动。 IT之家表示，将机器人缩小到亚毫米级别将带来新的物理极限。在这种规模下，惯性和重力的影响将让位于阻力和粘度等表面力。传统的在这种环境下，机械腿很容易断裂或无法产生有效的运动，迫使研究团队重新思考它们在微观尺度上的驾驶方式。 “当机器人变得足够小时，在水上旅行就像在焦油上旅行一样，”米斯金说。研究团队开发了一种不需要移动部件的新型驱动系统。每个机器人不再依赖小脚或桨，而是可以通过感应电场来操纵周围流体中的离子，从而驱动附近的水分子，从而有效地使机器人在流体中移动。 “这就像机器人在一条流动的河流中，”米斯金解释道。这样，机器人就可以沿着复杂的轨迹，像鱼群一样一起移动，以每秒一个体长左右的速度移动。由于没有移动部件，因此该设计在机械上非常稳定，Myskin 表示，研究人员可以将机器人反复从一个样品移动到另一个样品，而不会损坏它。只需一个简单的 LED 灯即可为机器人供电，并且它们可以持续数月。实现身体运动只是挑战的一半。为了建造一个能够独立行动的机器人，宾夕法尼亚大学团队与密歇根大学的大卫·布劳（David Blau）的研究小组进行了合作，该大学以开发世界上最小的计算机而闻名。这次合作源于五年前在国防高级研究计划局的一次会议，当时两位研究人员发现彼此的技术高度兼容。将计算功能集成到如此小的设备中需要超高能效的电子元件。机器人的每个太阳能电池板只能产生75纳米的电力，比智能手表少10万倍以上。布劳表示，他的团队已经开发出可以在非常低的电压下运行的电路，使计算机的功耗降低了一千倍以上。然而，太阳能电池板仍然占据了机器人的几乎所有表面空间。机器人，为处理器和内存留下的空间很小。最终，研究团队成功创建了一种完全集成的设备，在数百微米的结构内同时集成了处理器、内存、传感器和驱动系统。这台微型计算机使机器人能够以大约三分之一摄氏度的精度感知温度并做出相应的反应。例如，它可以监测标记生物活动的热梯度或实时提供环境数据。研究人员通过机器人的动作与机器人“交谈”。布劳的团队将测量到的温度和其他数据编码到机器人的物理运动中。 “我们设计了一种特殊的计算机指令，可以将测量的温度等值转换成机器人微小摆动运动的信息，”他说。 “然后我们通过显微镜和摄像机观察这些运动，然后解码机器人从摆动模式中传达给我们的信息。这个过程“ess与蜜蜂的交流方式非常相似。”研究人员可以用特定的光脉冲单独激活和编程每个机器人。这种设计架构允许研究人员为一群机器人中的不同个体分配独特的指令，让它们在协作任务中发挥各自的作用。Miskin和Blau表示，目前的设计是一个起点，而不是终点。这个平台结合了简单机械结构、高效电子元件的优点，在可扩展的制造工艺中，有望在所有需要分布式的领域发挥作用。米斯金称这项研究是赋予机器人更多智能和功能的第一步，这证明了这种微型全功能机器人不仅可以稳定运行数月，而且为微观机器人技术的未来发展打开了一扇新的大门。
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