比髮絲還小的機器人「大軍」來了，10釐米晶圓能造100萬個

2020-09-05 量子位

曉查 發自 凹非寺
量子位 報導 | 公眾號 QbitAI

1959年，著名物理學家理察·費曼曾預言，人類未來可以「吞下外科醫生」。

費曼說的可不是「醫鬧」，而是把微型機器人注射到人體內，通過血管到達指定位置進行手術。

今天，我們離這個美好的夢想又近了一步。

來自康奈爾大學的團隊發明了一個只有草履蟲大小的微型機器人，登上了今天的Nature雜誌。

這款機器人的厚度約5微米、寬約40微米、長度範圍從40到70微米。肉眼無法看見，只能靠顯微鏡來觀察，可被輕鬆吸入注射器中。

通過雷射的照射控制，機器人交替擺動前後腿，在液體中遊動。



因為它體積小、方便大批量製造，科學家甚至能一次能釋放出上千個這樣的機器人，組成一支「大軍」。

十多年來，科學家們一直在開發能在液體中遊動的微型機器人，有的甚至比康奈爾大學造出的機器人更小、更快。

那麼這項新工作為何如此特別呢？

首先，是因為它用了與製造晶片相同的工藝技術。一個4英寸（約10釐米）的晶圓就能生產超過100萬個機器人。

△微型機器人結構圖（圖片來自康奈爾大學）

其次，就是它特殊的推進裝置，將能源和機器人分開。

每個機器人由以下兩部分組成：一個矽光伏材料製成的簡單電路，以及四個電化學致動器製成的腿部。

研究人員使用原子層沉積和光刻技術，用只有幾十個原子厚的鉑構造了支腿，鉑的一側被一層惰性鈦覆蓋。

當對鉑施加正電時，周圍溶液中帶負電荷的離子將吸附到暴露的表面上，以中和電荷。這些離子迫使裸露的鉑膨脹，令其彎曲。

條帶的超薄特性讓腿部能急劇彎曲而不會斷裂。

為了幫助控制3D肢體運動，研究人員在條帶端部加上了剛性聚合物面板。面板之間的間隙相當於膝蓋或腳踝，從而使腿部以受控方式彎曲來運動。

機器人運動的能源和信號都來自外部的雷射。

機器人的前後腿由兩組不同的光電池控制，當光電池被雷射照射時，就會在腿上施加電壓。通過控制在兩組光電池之間來回切換雷射，就可以控制機器人行走。

研究人員說，只需要產生200微伏電壓、10納瓦功率即可驅動，所以推進裝置的效率很高，比通過化學能供電的機器人效率高100萬倍。

論文通訊作者Itai Cohen教授說，雖然這些機器人的功能很原始，不夠快也沒有什麼計算能力，但是卻為微型機器人智能化打開了大門。

因為它使用了晶片製造工藝，可以快速批量生產，未來還有可能在上面加工出集成電路。

微型機器人想像空間還很大，正如Nature給它的評價：微型動作裝置加上亞毫米級電路板、傳感器，無疑讓我們離費曼的願景更近了。

參考連結：
https://news.cornell.edu/stories/2020/08/laser-jolts-microscopic-electronic-robots-motion
https://www.nature.com/articles/d41586-020-02421-2
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2626-9#Sec14

— 完 —

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