细胞大小的机器人大军深入人体,在体内随意游走,这在几年前听起来像极了科幻电影。但如今,这一技术已成为现实,且最近又收获了新的突破。
8月26日,《自然》发表的一篇研究推进了微型机器人的发展。康奈尔大学纳米科学Kavli研究所的Marc Z.Miskin及其合作者研究了一类新型电化学致动器(SEA),它们与现有硅电子器件兼容,电压可控,能够唤醒机器人,使得它们移动。
微型或纳米机器人的研究已有一段历史。2018年,美国麻省理工学院(MIT)开发出细胞大小、并且能够感知外部环境、储存数据并执行计算任务的微型机器人,之后又在二维石墨烯材料和电路材料上进行“全自动射孔”,也就是在材料上打出细小的点,开发出了一种大规模制造细胞大小机器人的方法。这种被称为“syncells”(合成细胞)的微观设备,有望用于工业或生物医学监测。
这项研究的关键创新在于新型电化学致动器(SEA)。它构成了机器人的腿,由纳米级的铂制成,并由标准光刻工艺制造。SEA受到激光脉冲刺激时,就会弯曲,驱动机器人行走。新型致动器可在低电压(200毫伏)下从平面弯曲成曲面,而且这一过程可逆,消耗的能量才不到10纳瓦,并且与硅加工完全兼容,实现了与半导体工艺无缝集成,使其更容易将电子器件微型化,以生产细胞大小的机器人。
为展示新型电化学致动器的潜力,研究者在4英寸晶圆上创造了一个行走的超百万数量的微型四脚机器人大军,意味着可规模化生产的、与硅电子器件兼容的功能性机器人迈出了重要一步。SEA满足了电控微型机器人致动器的所有要求:曲率半径小、低压致动、低功率、持续的力输出和稳定性。SEA可用于需要微米级致动器的任何应用中,且任何能够提供200毫伏电压和约10纳瓦功率的电源都可以充当控制器。
就目前而言,这是世界上唯一满足这些优势的致动器。
这些机器人目前功能有限,比如它们比其他游泳机器人慢,不能感知环境,而且缺乏综合控制。不过,它们与现有硅技术(CMOS:一种制造大规模集成电路芯片用的技术)的兼容性,使其能够快速发展更多的功能。此外,研究者估计,每个微型机器人的制造成本远低于一美分,为规模化应用降低了成本。