能自主执行任务的微型机器人【突破】

我们一直希望有能进入血管内执行任务的机器人，帮助我们清除血栓或病原体，检测化学信号检测疾病，这想法比较直白，但实现起来并不容易，小型化和复杂度本身就是矛盾，因为要实现自主执行任务，需要一定的计算能力，也就需要一定的体积。但人们并没有因此而停下来努力，最新进展让这一新的技术的实现有了可能。

 This tiny swimming robot can think for itself | Science | AAAS

明尼阿波利斯——几十年来，在我们的血液中游动以输送药物或追捕病原体的微型机器人一直是科幻小说的主要内容。虽然仍然遥远，但这一愿景离现实又近了一步，因为电气工程师已经推出了比沙粒还小的游泳微型机器人，具有足够的计算能力来自行执行简单的任务，而不是不断受到外部信号的引导。

“这太棒了，”佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）的物理学家丹尼尔·戈德曼（Daniel Goldman）说，他专门研究模仿动物的大型机器人。他没有参与这项工作，本周在美国物理学会的一次会议上报道了这项工作。“显然，他们正在整合基础设施，以便人们可以开始制造潜在的自主微型机器人。

宾夕法尼亚大学（UPenn）的电气工程师马克·米斯金（Marc Miskin）说，由于几个原因，实现自主微型机器人的雄心壮志一直很困难，他的团队创造了新的机器人。米斯金说，要使微型机器人自主，需要结合某种计算机，直到2020年左右，最小的计算机的尺寸才下降到1毫米以下。“直到 5 或 6 年前，计算系统才有点太大了，”他说。此外，使微电子与机器人的机械系统啮合是很困难的，让整个东西以微小的功率运行也是困难的。

为了克服这些障碍，米斯金和他的同事们首先必须获得一台微型计算机。他们求助于密歇根大学的电气工程师兼合作者大卫·布劳（David Blaauw），他生产了一种微处理器芯片，该芯片的宽度约为100微米，仅包含128位可编程存储器。

接下来，宾夕法尼亚大学的电气工程师玛雅·拉西特（Maya Lassiter）及其同事拿起一个包含数千个处理器副本的晶圆，并在其上建造了一小群机器人。在晶圆上沉积更多材料后，Lassiter使用标准的光刻技术蚀刻出机器人的其他部分。每个都是一个长约300微米，宽约200微米的矩形，大约相当于草履虫的大小。许多微型机器人使用小腿在干燥的表面上走来走去。然而，这些超薄的附属物很难制造，并且在几周内就会磨损。因此，拉西特和米斯金设计了一种没有活动部件的游泳微型机器人。

小玩意儿在显微镜载物台上的浅盘中的稀过氧化氢溶液中游泳。机器人不是脚蹼，而是每个角上都有一个电极。将机器人任何一侧的两个电极设置为不同的电压会产生一个电场，从一个电极指向另一个电极。磁场将略带离子的流体向一个方向推动，并向相反方向推动机器人，朝向更高电压的电极。通过改变电极上的电压，研究人员可以使机器人向前或向后移动、侧向滑动、转弯甚至旋转。更重要的是，这些机器人被剪掉了脆弱的四肢，可以继续游泳长达 6 个月。“令人惊讶的是，仅仅简化它就可以使其持续时间比我们预期的要长得多，”拉西特说。

为了提供动力，机器人依靠一个微小的太阳能电池，它吸收了来自显微镜的光。由于 128 位微芯片的简单性，机器人的运行功率仅为 75 毫瓦，是现代心脏起搏器消耗的功率的千分之几。

最后，团队让这些小机器开始工作。在将它们放开之前，研究人员通过一系列闪光对它们进行编程。这些机器人有一个简单的温度传感器，研究人员指示它们测量周围流体的温度，并将该值传回。在几秒钟的时间里，机器人会以一种生涩的方式跳舞，经过编程，它的停止和开始将温度拼写为二进制数，单位为摄氏度。“事实上，机器人的运动就是数据，”拉西特在会议上说。研究人员通过改变温度并将读数与放置在溶液中的宏观温度计的值进行比较，证实了机器人按编程工作。

高盛指出，实验只是第一步。他说，现在，这些机器在一个干净的2D环境中游泳，相当于儿童游泳池的微型机器人。他说，为了更有用，他们必须驾驭更混乱的3D现实世界。“看着[研究人员]面对在复杂的微尺度环境中移动的挑战，这将是非常有趣的。

拉西特说，该团队还有其他雄心壮志。电极还可以感知电场，这可以使机器人相互通信并协同工作。“机器人之间的通信将需要重新设计，”她说。“所以这就是我们现在感兴趣的。