最小微型机器人来了！细如发丝，可游走于人体探索大脑信号

像小说《科学怪人》中弗兰肯斯坦的 “怪物” 苏醒过来一样，在一块计算机芯片大小的硅晶圆片上并排放置的数万个微型机器人，只需要照射一束激光，它们就可以挣脱束缚、自由爬动......

尽管这样的场景听起来非常科幻，但如今微型机器人 “大军” 确实来了！

“我们能为你最喜欢的硅电子器件安上双腿，然后制造一百万个这样的器件，这是我们的愿景。”美国宾夕法尼亚大学电气与系统工程教授马克·米斯金（Marc Miskin）说。

米斯金说的 “器件” 正是腿长不足 0.1 毫米（约为一根人类头发的直径）的机器人。据米斯金此前表示，这些 “带有双腿” 的微型机器人可用于修复手机电池，甚至探索人类大脑信号。而且由于可以通过皮下注射进入人体，微型机器人在生命科学领域的更多应用也值得期待。

图 | 研究人员设想使用草履虫旁的微型机器人测量大脑中的信号（来源：马克·米斯金）

米斯金及其团队成功研发出可行走的微型机器人 “大军”，得益于一类与现有硅电子器件兼容的新型致动器（使机器人移动的部件）的发展。相关研究成果于 8 月 26 日发表在《自然》杂志（Nature）上。

近年来，将电子器件微型化以生产细胞大小的机器人一直是人们追求的目标，得益于电子、磁性和光学系统的技术突破，单单研发一种小体积、低成本、低功耗的机器人并不难，但由于缺乏合适的微米级致动器系统，无法与当前的半导体工艺无缝集成，且无法正常响应标准电子控制信号，这一领域的发展一直受到限制。

“借助现有技术制造 100 微米大小的硅芯片并不是什么难事，我们要做的是，研发机械臂和致动器的外骨骼。” 美国康奈尔大学物理学家保罗·麦克尤恩（Paul McEuen）说。

在最新研究中，米斯金及其同事展示了一类新型电化学致动器，克服了这一技术问题。这些致动器构成了机器人的双腿，其尺寸小于 0.1 毫米，当受到激光刺激时，就会弯曲，产生行走动作。研究人员在一块 4 英寸大小的硅片上制造了超过 100 万个行走机器人，这些机器人由板载硅太阳能电池驱动。

视频 | 转圈的微型机器人

早在麦克尤恩实验室工作期间，米斯金就开发了一种将铂、钛层放在硅晶圆片的技术：当施加电压时，铂收缩而钛保持刚性，平坦的表面弯曲，弯曲的表面产生驱动机器人四肢向前移动的动力。

但这个想法在当时并不新鲜。几十年来，加州大学伯克利分校的克里斯·皮斯特（Kris Pister）等研究人员一直在谈论 “智能尘埃”——一种可以报告环境状况的微型传感器。但在开发实用版本时，为适应电池需求，“智能尘埃” 变得更大，更像 “智能砂砾”。

米斯金想办法摆脱了电池的束缚，他通过向机器人背上的微型太阳能电池板照射激光，来为它们提供能量。

“我认为这真的很酷，” 皮斯特在谈到米斯金、麦克尤恩的工作时称赞道，“他们制造了一个可以通过照射光线来控制的微型机器人，这可能会有各种有趣的应用。”

米斯金表示，这些机器人也很坚固，可以在高酸性环境和超过 200 开尔文的温度变化中生存下来，并且可以通过皮下针头注射，为探索生物环境内的应用带来了可能。

尽管这些机器人的功能目前有限，比其他游泳机器人慢，也不能感知环境，而且缺乏综合控制，但米斯金认为，与现有硅技术的良好兼容性或有助于未来更多功能的开发，他希望未来几年可以向人们展示更加实用的微型机器人。

最后，附上米斯金和麦克尤恩去年在 TED 的演讲分享。

视频 | 微型机器人的巨大潜能

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参考：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2626-9

https://news.cornell.edu/stories/2020/08/laser-jolts-microscopic-electronic-robots-motion

https://www.seas.upenn.edu/~mmiskin/

https://www.nytimes.com/2019/04/30/science/microbots-robots-silicon-wafer.html

https://www.ted.com/talks/paul_mceuen_and_marc_miskin_tiny_robots_with_giant_potential#t-774764