美國賓夕法尼亞大學與密歇根大學聯(lián)合研發(fā)團隊近日在《Science Robotics》發(fā)表突破性成果：成功研制全球最小全自主可編程微型機器人，其體積僅200×300×50微米，比鹽粒更細小，量產(chǎn)成本僅0.01美元（約港幣0.08元）。該機器人集成離子推進系統(tǒng)、超低功耗處理器、太陽能供電及傳感器，可在液體環(huán)境中自主“游泳”并傳輸數(shù)據(jù)，標志著微型機器人技術(shù)邁入“可思考、可決策”新階段。
1、技術(shù)創(chuàng)新：顛覆傳統(tǒng)設(shè)計范式
研究團隊突破宏觀力學限制，開發(fā)出無活動部件的離子推進系統(tǒng)。機器人通過電場驅(qū)動周圍溶液離子，產(chǎn)生水流反作用力實現(xiàn)推進，無需機械臂或馬達，耐用性顯著提升。其表面覆蓋太陽能電池，雖僅輸出75納瓦電力（比智能手表功耗低10萬倍），但配合密歇根大學設(shè)計的超低電壓電路，可支持持續(xù)數(shù)月運作。更關(guān)鍵的是，機器人搭載光控編程系統(tǒng)——通過光脈沖輸入指令，實現(xiàn)不同控制程序切換，配合溫度傳感器（精度達0.33攝氏度），可感知環(huán)境變化并編碼特定“舞步”傳遞數(shù)據(jù)，靈感源自蜜蜂的“擺尾舞”通訊機制。
2、應用前景：精準醫(yī)療與工業(yè)革命
該機器人具備細胞級尺寸優(yōu)勢，可搭載多樣化傳感器。首批原型已集成溫度傳感器，實驗證明可實時監(jiān)測環(huán)境溫度變化。未來通過替換傳感器模塊，可拓展至化學物質(zhì)檢測、酸堿度分析、細胞狀態(tài)監(jiān)測等領(lǐng)域，在精準醫(yī)療中實現(xiàn)靶向給藥、血管內(nèi)血栓溶解等應用。工業(yè)領(lǐng)域則可部署大規(guī)模機器人群體，執(zhí)行半導體制造內(nèi)部監(jiān)測、微機電系統(tǒng)組裝等傳統(tǒng)設(shè)備無法觸及的任務(wù)。研究團隊強調(diào)，該平臺支持模塊化設(shè)計，未來可疊加更復雜程序及新型傳感器，推動醫(yī)療診斷、細胞層級監(jiān)測及微尺度制造革新。
3、學術(shù)意義：40年難題終獲突破
自20世紀80年代以來，制造亞毫米級自主機器人被視為“不可能任務(wù)”。賓夕法尼亞大學助理教授Marc Miskin指出：“當尺度縮小至細胞級別，重力與慣性被粘滯力主導，傳統(tǒng)機械運動策略失效。”此次成果通過整合賓夕法尼亞大學的推進系統(tǒng)與密歇根大學的微型計算機技術(shù)，歷經(jīng)五年攻關(guān)，首次將處理器、內(nèi)存、傳感器及制動器集成于亞毫米級平臺，實現(xiàn)自主感知-決策-行動閉環(huán)。研究論文顯示，該機器人已通過動物實驗驗證，在豬血管模型中成功導航并釋放藥物，標志著從實驗室概念向臨床應用的實質(zhì)性跨越。
4、產(chǎn)業(yè)影響：低成本大規(guī)模應用可期
每枚機器人0.01美元的成本得益于硅片級大規(guī)模生產(chǎn)工藝，研究團隊表示未來可一次制造數(shù)萬樣本進行群體實驗。該技術(shù)已引發(fā)全球關(guān)注，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院同期發(fā)表的磁性微型機器人研究亦驗證了靶向給藥的臨床可行性。隨著傳感器種類擴展及控制程序成熟，大規(guī)模機器人群體有望在血管檢測、半導體制造等領(lǐng)域釋放革命性價值，推動醫(yī)療、工業(yè)及科研多維度創(chuàng)新。
此次突破不僅改寫了微型機器人技術(shù)史，更預示著未來醫(yī)療與制造的全新可能——從人體內(nèi)的“細胞醫(yī)生”到工廠中的“納米工匠”，微型機器人正開啟一個充滿想象力的科技新紀元。
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