像小說《科學(xué)怪人》中弗蘭肯斯坦的 “怪物” 蘇醒過來一樣，在一塊計(jì)算機(jī)芯片大小的硅晶圓片上并排放置的數(shù)萬個(gè)微型機(jī)器人，只需要照射一束激光，它們就可以掙脫束縛、自由爬動(dòng)......

盡管這樣的場(chǎng)景聽起來非?？苹?，但如今微型機(jī)器人 “大軍” 確實(shí)來了！

“我們能為你最喜歡的硅電子器件安上雙腿，然后制造一百萬個(gè)這樣的器件，這是我們的愿景?！泵绹?guó)賓夕法尼亞大學(xué)電氣與系統(tǒng)工程教授馬克·米斯金（Marc Miskin）說。

米斯金說的 “器件” 正是腿長(zhǎng)不足 0.1 毫米（約為一根人類頭發(fā)的直徑）的機(jī)器人。據(jù)米斯金此前表示，這些 “帶有雙腿” 的微型機(jī)器人可用于修復(fù)手機(jī)電池，甚至探索人類大腦信號(hào)。而且由于可以通過皮下注射進(jìn)入人體，微型機(jī)器人在生命科學(xué)領(lǐng)域的更多應(yīng)用也值得期待。

米斯金及其團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出可行走的微型機(jī)器人 “大軍”，得益于一類與現(xiàn)有硅電子器件兼容的新型致動(dòng)器（使機(jī)器人移動(dòng)的部件）的發(fā)展。相關(guān)研究成果于 8 月 26 日發(fā)表在《自然》雜志（Nature）上。

（來源：Nature）

近年來，將電子器件微型化以生產(chǎn)細(xì)胞大小的機(jī)器人一直是人們追求的目標(biāo)，得益于電子、磁性和光學(xué)系統(tǒng)的技術(shù)突破，單單研發(fā)一種小體積、低成本、低功耗的機(jī)器人并不難，但由于缺乏合適的微米級(jí)致動(dòng)器系統(tǒng)，無法與當(dāng)前的半導(dǎo)體工藝無縫集成，且無法正常響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電子控制信號(hào)，這一領(lǐng)域的發(fā)展一直受到限制。

“借助現(xiàn)有技術(shù)制造 100 微米大小的硅芯片并不是什么難事，我們要做的是，研發(fā)機(jī)械臂和致動(dòng)器的外骨骼。” 美國(guó)康奈爾大學(xué)物理學(xué)家保羅·麥克尤恩（Paul McEuen）說。

在最新研究中，米斯金及其同事展示了一類新型電化學(xué)致動(dòng)器，克服了這一技術(shù)問題。這些致動(dòng)器構(gòu)成了機(jī)器人的雙腿，其尺寸小于 0.1 毫米，當(dāng)受到激光刺激時(shí)，就會(huì)彎曲，產(chǎn)生行走動(dòng)作。研究人員在一塊 4 英寸大小的硅片上制造了超過 100 萬個(gè)行走機(jī)器人，這些機(jī)器人由板載硅太陽能電池驅(qū)動(dòng)。

視頻 | 轉(zhuǎn)圈的微型機(jī)器人

早在麥克尤恩實(shí)驗(yàn)室工作期間，米斯金就開發(fā)了一種將鉑、鈦層放在硅晶圓片的技術(shù)：當(dāng)施加電壓時(shí)，鉑收縮而鈦保持剛性，平坦的表面彎曲，彎曲的表面產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)機(jī)器人四肢向前移動(dòng)的動(dòng)力。

但這個(gè)想法在當(dāng)時(shí)并不新鮮。幾十年來，加州大學(xué)伯克利分校的克里斯·皮斯特（Kris Pister）等研究人員一直在談?wù)?“智能塵?！薄环N可以報(bào)告環(huán)境狀況的微型傳感器。但在開發(fā)實(shí)用版本時(shí)，為適應(yīng)電池需求，“智能塵埃” 變得更大，更像 “智能砂礫”。

米斯金想辦法擺脫了電池的束縛，他通過向機(jī)器人背上的微型太陽能電池板照射激光，來為它們提供能量。

“我認(rèn)為這真的很酷，” 皮斯特在談到米斯金、麥克尤恩的工作時(shí)稱贊道，“他們制造了一個(gè)可以通過照射光線來控制的微型機(jī)器人，這可能會(huì)有各種有趣的應(yīng)用。”

米斯金表示，這些機(jī)器人也很堅(jiān)固，可以在高酸性環(huán)境和超過 200 開爾文的溫度變化中生存下來，并且可以通過皮下針頭注射，為探索生物環(huán)境內(nèi)的應(yīng)用帶來了可能。

盡管這些機(jī)器人的功能目前有限，比其他游泳機(jī)器人慢，也不能感知環(huán)境，而且缺乏綜合控制，但米斯金認(rèn)為，與現(xiàn)有硅技術(shù)的良好兼容性或有助于未來更多功能的開發(fā)，他希望未來幾年可以向人們展示更加實(shí)用的微型機(jī)器人。

最后，附上米斯金和麥克尤恩去年在 TED 的演講分享。

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