隔空搬运巨物！这些只会旋转划水的微型机器人如何做到的

微型机器人结构简单，但大量个体集结后，可以实现复杂结构或功能（图片来源：《超能陆战队》）

在自然界中，有一些小型动物虽然个头不大、力量平平、智商也有限，可一旦抱团搞协作，它们立刻就能完成“看似不可能”的任务。比如，蜜蜂则能通过同步行动形成蜂群，从而获得强大的防御能力，并在选取筑巢地址等决策中表现出远超单一个体的群体智慧。 一群蚂蚁可以合作搬动相当于自身体重几十倍甚至上百倍的重物，堪称自然界的“大力士军团”。

于是就有人脑洞大开：咱们能不能将这种“组团开挂”的智慧应用到微型机器人身上，制造出机器人集群？

来自美国康奈尔大学与德国马普所的研究人员给出了超酷的答案：即便是只有几百微米大小的微型机器人，只要通过同步旋转产生流体动力，就可以像蚂蚁搬重物一样合力驱动大齿轮，甚至是移动浮动物体。更绝的是，整个过程中，它们甚至无需直接接触目标。

多只蚂蚁能够“自发”协作搬走重物，整个过程不需要统一指挥（图片来源：BolatKemelbekov）

微米级机器人：小身躯蕴含大能量

形形色色的机器人一般都是在各类科幻影视作品中与大众见面的。原本，大家都痴迷巨型机器人，然而到了后来，大众却普遍开始认为：机器人其实越小越神奇！

高大的机器人由于内部空间大，往往拥有坚固的身体结构，强大的液压动力，复杂的关节以及各种高性能传感器。但纳米机器人太小了，肚子里啥都装不下，因此只能采用另一种发展思路。

比如这次研究中的微型机器人就是一种极简单的小型机械：仅几百微米大小的微型圆盘，表面涂有一层薄薄的磁性材料。像这样的机器人，单个个体也就只能在水面上转圈圈，根本无法执行任何任务。但要是让成百上千的机器人协同作业呢？那结果就截然不同了，这种集群式机器人可以实现微观世界中令人意想不到的操作——推动齿轮、驱动浮动物体，甚至像蚂蚁搬重物那样整体带动更大的物体！

那么这种“超能力”是如何实现的呢？原来，研究人员会将这些微型圆盘置入水中，并对其施加外部旋转磁场来驱动它们旋转。

单个圆盘产生的水流微乎其微，但当数十、数百甚至上千个圆盘聚集在一起时，旋转产生的水流相互叠加，就能形成稳定且可控的流体力矩。这股无形的力量就像蚂蚁协作时的群体推动力，能将目标物体轻轻带动起来。

旋转单个微盘的流动模型，数百个微盘协同行动，就能产生大力矩（图片来源：Steven Ceron et al., Science Advances, 2026）

项目研究者科尔斯汀·彼得森副教授指出，在微观尺度下，通过直接接触来搬运物体极难实现，于是他们用流体动力玩了一手超巧妙的 “平替方案” 。通过扰动目标周围的水流，微型机器人可以悬空转动齿轮，搬运重物！

协同旋转如何解锁“御物”魔法

研究人员彼得森所在的实验室长期关注机器人如何通过物理交互来展现集体智慧。对于这些微型圆盘来说，虽然个体的结构简单，但在协同旋转时，它们产生的水流会相互叠加影响，形成复杂的涌现行为（Emergent behavior，指由多个简单个体相互作用而产生的、单体无法独立实现的复杂行为）。当小机器人圆盘旋转时，水流、水表面张力以及磁力所产生的相互作用，会使整个集体呈现出远超单体能力的行为模式。

为了切实验证和记录这种“协作力量”的效果，研究团队分组选取了十多个到上千个机器人圆盘，结合计算机模拟和实验验证两种方法，来探索这些机器人对于不同结构物体的驱动能力。结果直接让人看呆了，微型机器人不仅能同时驱动多层同心圆环和齿轮，还能操作抓手和浮动结构，甚至协力带着数十个物体一起运动。

微型机器人驱动齿轮旋转（图片来源：Steven Ceron et al., Science Advances, 2026）

更令人惊讶的是，在一些实验中，部分机器人还“自学成才”，玩起了“仿生爬行”——当面对几毫米长的巨大搬运物（相对于机器人而言很大） 时，机器人竟然自动聚集到了物体的一侧，像是一条毛毛虫在沿着物体边缘“爬行”，将物体整体带动着旋转——这就好像是这群小小的机器人拥有了自己的智慧，在有意“策划”自己的搬运方式一样。

研究人员指出，这种“爬行行为”并非有意设置的结果，而是由水流和边界条件的自然相互作用产生的。这种现象展示了微观机器人群体如何通过物理交互实现高效的协作，而非依赖复杂传感器或计算进行刻意地控制。

在一些情况下，聚集起来的微型机器人表现出一种类似“动物爬行”的姿态（图片来源：Steven Ceron et al., Science Advances, 2026）

无接触操控，打开应用新图景

微型机器人依靠流体力矩操纵物体的现象揭示出一种非接触式驱动的新思路。一些研究者立刻就想到，这在微创医疗中会很有应用价值！运用这种手段，机械无需直接触碰人体组织就可以实现精确操作，大幅降低了组织损伤的风险。

与此同时，相对于建造复杂单一的机械装置，利用大量简单微型机器人协作驱动毫米级齿轮或抓手，不仅可行性高，而且灵活性也强。研究人员强调，这其实是一种“以多补弱、聚小成大”的协作理念，如果能通过观察和总结不同情况下机器人的协作方式，将来或可以精准预测流体力场，从而设计出不同的集体行为，从旋转小齿轮到搬运浮动物体，实现精密操作。

蜂群式机器人是科幻电影里的常驻角色（图片来源：《黑客帝国》）

所以，你也可以这么理解：微型机器人群体的协作能力，就像蚂蚁群一样，可以扩展个体的操作能力。这种集体智慧不仅属于自然，也能被人类科技所借鉴。微型机器人的世界，既是对自然界协作奇迹的微观致敬，也是科学与工程之间所尝试过一次最可爱的联手。（撰稿/宋世超）

参考资料：
[1]. Techxplore → Swarming microrobots use spinning flows to turn gears without touching
[2]. 《科学》杂志science → Fluidic torque–enabled object manipulation by microrobot collectives
[3]. Earth.com → Tiny microrobots move objects thousands of times their size