随着微纳科技的进步和机器人学的发展，微纳机器人逐渐走进人们的视野，且已迈向类生命的行列，成为共融机器人中的一员。什么是微纳机器人？微纳机器人可以用来做什么？中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室微纳米机器人课题组的研究人员为您详细道来。

图1  不同种类微组织结构的在线组装[1]

微纳机器人是指尺寸在微纳米级别的可对微纳空间进行操作的功能器件，也指能够处理微纳米尺寸部件的机器人。微纳机器人是机器人领域的前沿方向，在生物医学、微纳制造和军事等方面具有广泛的应用前景。例如：该课题组采用微纳机器人技术实现了不同种类的三维细胞微组织的在线制造和同步装配，模拟了类人体生理环境，为未来组织再生和个性化药物筛选奠定了基础（图1）[1]；提出的利用趋光性游动藻类细胞作为运动可控的单体微型机器人，可以利用光诱导实现群体机器人的控制，进而完成对微小物体的准确抓取、定向移动和定点释放（图2）[2]；同时构建的藻类细胞旋转阵列，有望作为微尺度马达阵列在微流控及生物驱动领域发挥重要作用（图3）[3]。

图2  群体藻类细胞机器人操纵微小物体[2]

图3  藻类细胞定向旋转阵列[3]

现阶段微纳机器人的应用大多面向的是药物运输、体内介入诊断治疗、无创手术等的生物医学领域。如研究人员在活体兔眼上考察微型机器人作为微创眼内手术工具的可行性；纳米颗粒疗法也逐渐演变成癌症治疗的新方法；嵌入血流中的纳米机器人可以实现葡萄糖水平的检测与信息收集以进行糖尿病的治疗等。

此外，微纳机器人还可以用于搜索救援、国土安全等方面。例如，带有相机的微型机器人可以在灾区和危险地区收集环境信息，还可以作为“间谍”获取敌方情报等。

总之，微纳机器人具有体积小、推重比大等优点，可以在复杂环境中执行精密任务，而未来的微纳机器人将由智能材料组成，兼具反馈和智能控制，集多种功能于一体。而基于仿生思想的微纳机器人如类生命机器人，将生命体功能元件和非生命体进行深度有机融合（图4）[4]，其研究框架包含类生命使能技术、感知、驱动与智能，将成为微纳机器人的主要前沿研究方向。例如类生命爬虫机器人，其由分化的骨骼肌细胞组成，由肌管进行驱动，最高爬行速度可达40.09 μm/s（见视频），凸显了类生命机器人高能效和本质安全等特征[5]。

图4  类生命机器人示意图[4]

微纳机器人凭借其自身的小巧灵活性，在生物医学、微纳制造和军事等领域大显身手。新型类生命微纳机器人更是集结了生物体和机电系统的双重优势，在未来将具备更为广泛的应用，让我们拭目以待。

图片和视频来源：

[1] Yang W G, Yu H B, Wang Y C, et al. High-throughput fabrication and modular assembly of 3D heterogeneous microscale tissues. Small, 2017, 13: 1-11.

[2] Zhang C, Xie S X, Wang W X, et al. Bio-syncretic tweezers actuated by microorganisms: Modeling and analysis. Soft Matter, 2016, 12: 7485-7494.

[3] Xie S X, Wang X D, Jiao N D, et al. Programmable micrometer-sized motor array based on live cells. Lab On A Chip, 2017, 17: 2046-2053.

[4] Zhang C, Wang W X, Xi N, et al. Development and future challenges of bio-syncretic robots. Engineering, 2018, 4: 452-463.

[5] Liu L Q, Zhang C, Wang W X, et al. Regulation of C2C12 differentiation and control of the beating dynamics of contractile cells for a muscle-driven biosyncretic crawler by electrical stimulation. Soft Robotics, 2018, 1-13.

[该文由杨佳、王文学、刘连庆等人共同撰写。同时在Science China Technological Sciences 2019年第1期也发表了关于微纳机器人发展的综述论文“Development of micro-and nanorobotics: A review”。文章从微纳机器人的驱动方式、设计策略、制造装配和运动控制等方面系统地梳理了微纳机器人技术的发展和进步，并概括性地提出了微纳机器人在应对不断增长的实际需求下所面临的诸多挑战。]

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Development of micro- and nanorobotics: A review

https://doi.org/10.1007/s11431-018-9339-8

http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCTS/doi/10.1007/s11431-018-9339-8?slug=fulltext