Nature突破:首個比頭髮絲還細的機器人誕生了!可用針頭注射入人體

2020-12-09 騰訊網

1959年，諾貝爾獎得主、理論物理學家Richard Feynman 首次提出微型醫用機器人的概念。此後，將電子器件微型化以生產細胞大小的機器人一直是科學家們追求的目標，但由於缺乏合適的微米級致動器系統，該技術一直受到限制。

近日，使機器人移動的重要部件——致動器研究終於出現重大突破，來自美國賓夕法尼亞大學及康奈爾大學的科學家團隊首次製造出尺寸小於0.1毫米(約為人的頭髮寬度)的機器人，並且，還能夠進行大規模生產，一個 4 英寸的矽片就可以同時製造約 100 萬個這種機器人。研究在線發表在國際頂級期刊Nature上，題為「Electronically integrated, mass-manufactured, microscopic robots」。

雖然體形微小，但它們卻十分結實，在未來，這些微型機器人或許可以穿梭在人體組織和血液中，執行外科醫生的操作，縫合血管，探測人類大腦等。

當雷射照射到光電板上時，機器人就能行走（來源：康奈爾大學）

這種微型機器人每個大約有 5 微米厚(1 微米是一米的百萬分之一)、40 微米寬、40 到 70 微米長，可說是「專為行走而生」。

一個微型機器人繞圈行走

每個機器人都由一個矽光電板製成的簡單電路組成，其基本功能類似於軀幹和大腦，還有四個電化學驅動器構成了機器人的腿。創造腿可謂是一項壯舉，研究人員以不同光伏閃爍雷射脈衝來控制這些機器人移動，每一個脈衝可以給一隻腿充電，通過在光電板前後切換雷射來控制機器人行走。它們在低電壓（200 毫伏）和低功率（10 毫微瓦）條件下就可移動。

數以千計的機器人「大軍」

一個機器人走過顯微鏡載玻片

本文通訊作者之一Itai Cohen教授

由於它們是由高度穩定的材料製成的，所以很堅固，能在高酸性環境和超過 200-k 的溫度變化中生存下來。

此外，由於它們體型微小，還可以通過最小型號的注射針頭進行皮下針頭注射，並且在注射後也可維持機械功能，這也為探索生物內環境帶來了可能。

這些機器人和草履蟲等微生物差不多大（來源：康奈爾大學）

目前，這些微型機器人最大的缺點在於缺乏綜合控制，它們必須始終與它們的能力和信息源「拴在一起」。目前功能仍有限，比如不能自動行走，移動速度比大多數遊泳機器人慢，且不能感知環境。

但美國麻省理工學院科學家麥可·斯塔諾表示，雖然有以上缺陷，但這些機器人最有價值的是它們與現有矽技術的兼容，正是這一兼容性，讓其在不久的未來很快就能夠開發更多實用性功能。

未來，這種微型機器人不僅能在液體中移動，還可以使用車載傳感器和邏輯電路輸入更高級的指令，執行更加複雜的操作。

來源：學術頭條、中國科學報、Nature

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