世界上最小的自主機(jī)器人來了微米級智能革新

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2025-12-30 08:07:48 IT之家

納米機(jī)器人曾是科幻作家和電子游戲中的遙遠(yuǎn)幻想，但近年來微型化技術(shù)的進(jìn)步讓這些場景逐步貼近現(xiàn)實(shí)。不久的將來，我們或許就能看到能在人體內(nèi)部進(jìn)行治療或完成宏觀尺度下難以實(shí)現(xiàn)任務(wù)的微型機(jī)器人。

賓夕法尼亞大學(xué)與密歇根大學(xué)的聯(lián)合研究取得了一項(xiàng)突破，工程師們設(shè)計(jì)出了迄今為止最小的完全可編程自主機(jī)器人，其尺寸小到足以在生物細(xì)胞層面運(yùn)作。每個(gè)機(jī)器人的體積約為 200×300×50 微米，比一粒鹽還要小，生產(chǎn)成本僅需約 1 美分。盡管體型微小，這些設(shè)備卻能在無需任何線纜、磁場或外部控制器的情況下，實(shí)現(xiàn)移動、感知、運(yùn)算并對周圍環(huán)境做出響應(yīng)。這類自主機(jī)器人的體積比現(xiàn)有微型機(jī)器人小了一萬倍，為可編程機(jī)器人開辟了一個(gè)全新的尺度領(lǐng)域。

研究人員設(shè)想這類機(jī)器人的應(yīng)用場景十分廣泛，從追蹤單細(xì)胞的健康狀態(tài)，到協(xié)助制造微型設(shè)備都能發(fā)揮作用。由于這些機(jī)器人的尺寸與許多微生物處于同一量級，未來它們或許能在傳統(tǒng)機(jī)器人難以觸及的組織環(huán)境或微型生產(chǎn)線中自如活動。

將機(jī)器人縮小至亞毫米級別會帶來新的物理限制，在這個(gè)尺度下，慣性和重力的影響會讓位于阻力、黏性等表面力。傳統(tǒng)機(jī)械肢體在這種環(huán)境下極易損壞，或是無法產(chǎn)生有效運(yùn)動，這就迫使研究團(tuán)隊(duì)重新思考微觀尺度下的驅(qū)動方式。當(dāng)機(jī)器人小到一定程度時(shí)，在水中行進(jìn)就如同在焦油里穿行。該研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一種無需活動部件的新型驅(qū)動系統(tǒng)。每個(gè)機(jī)器人都能通過感應(yīng)電場來操控周圍液體中的離子，這些離子繼而推動附近的水分子，從而有效帶動機(jī)器人在流體中移動。借助這種方式，機(jī)器人能夠沿著復(fù)雜軌跡行進(jìn)，還能像魚群一樣協(xié)同行動，移動速度可達(dá)每秒約一個(gè)自身長度。由于不存在活動部件，這種設(shè)計(jì)的機(jī)械穩(wěn)定性極強(qiáng)，研究人員可以反復(fù)將機(jī)器人在不同樣本間轉(zhuǎn)移，而不會對其造成損傷。僅需一個(gè)簡單的 LED 燈就能為機(jī)器人供能，且它們的續(xù)航時(shí)間可達(dá)數(shù)月之久。

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