2020鄭州工博會:比髮絲還小的機器人,光照就能行走

1959年,著名物理學家理查德·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。

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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。


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通過激光的照射控制,機器人交替擺動前後腿,在液體中游動。

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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”。

2020鄭州工博會:比髮絲還小的機器人,光照就能行走

十多年來,科學家們一直在開發能在液體中游動的微型機器人,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芯片相同的工藝技術。一個4英寸(約10釐米)的晶圓就能生產超過100萬個機器人。

2020鄭州工博會:比髮絲還小的機器人,光照就能行走

△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:一個硅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。

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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激光。

機器人的前後腿由兩組不同的光電池控制,當光電池被激光照射時,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激光,就可以控制機器人行走。

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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。

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

微型機器人想象空間還很大,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。

(內容來源網絡)

第16屆鄭州工博會

2020年11月18-20日

鄭州國際會展中心


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