比發(fā)絲還小的機(jī)器人“大軍”來(lái)了，光照就能行走，10厘米晶圓能造100萬(wàn)個(gè) | Nature
和草履蟲一樣大小
曉查 發(fā)自 凹非寺
量子位 報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI
1959年，著名物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼曾預(yù)言，人類未來(lái)可以“吞下外科醫(yī)生”。
費(fèi)曼說(shuō)的可不是“醫(yī)鬧”，而是把微型機(jī)器人注射到人體內(nèi)，通過(guò)血管到達(dá)指定位置進(jìn)行手術(shù)。
今天，我們離這個(gè)美好的夢(mèng)想又近了一步。
來(lái)自康奈爾大學(xué)的團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一個(gè)只有草履蟲大小的微型機(jī)器人，登上了今天的Nature雜志。
這款機(jī)器人的厚度約5微米、寬約40微米、長(zhǎng)度范圍從40到70微米。肉眼無(wú)法看見，只能靠顯微鏡來(lái)觀察，可被輕松吸入注射器中。
通過(guò)激光的照射控制，機(jī)器人交替擺動(dòng)前后腿，在液體中游動(dòng)。
因?yàn)樗w積小、方便大批量制造，科學(xué)家甚至能一次能釋放出上千個(gè)這樣的機(jī)器人，組成一支“大軍”。
十多年來(lái)，科學(xué)家們一直在開發(fā)能在液體中游動(dòng)的微型機(jī)器人，有的甚至比康奈爾大學(xué)造出的機(jī)器人更小、更快。
那么這項(xiàng)新工作為何如此特別呢？
首先，是因?yàn)樗昧伺c制造芯片相同的工藝技術(shù)。一個(gè)4英寸（約10厘米）的晶圓就能生產(chǎn)超過(guò)100萬(wàn)個(gè)機(jī)器人。
△微型機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖（圖片來(lái)自康奈爾大學(xué)）
其次，就是它特殊的推進(jìn)裝置，將能源和機(jī)器人分開。
每個(gè)機(jī)器人由以下兩部分組成：一個(gè)硅光伏材料制成的簡(jiǎn)單電路，以及四個(gè)電化學(xué)致動(dòng)器制成的腿部。
研究人員使用原子層沉積和光刻技術(shù)，用只有幾十個(gè)原子厚的鉑構(gòu)造了支腿，鉑的一側(cè)被一層惰性鈦覆蓋。
當(dāng)對(duì)鉑施加正電時(shí)，周圍溶液中帶負(fù)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(huì)斷裂。
為了幫助控制3D肢體運(yùn)動(dòng)，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(dāng)于膝蓋或腳踝，從而使腿部以受控方式彎曲來(lái)運(yùn)動(dòng)。
機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的能源和信號(hào)都來(lái)自外部的激光。
機(jī)器人的前后腿由兩組不同的光電池控制，當(dāng)光電池被激光照射時(shí)，就會(huì)在腿上施加電壓。通過(guò)控制在兩組光電池之間來(lái)回切換激光，就可以控制機(jī)器人行走。
研究人員說(shuō)，只需要產(chǎn)生200微伏電壓、10納瓦功率即可驅(qū)動(dòng)，所以推進(jìn)裝置的效率很高，比通過(guò)化學(xué)能供電的機(jī)器人效率高100萬(wàn)倍。
論文通訊作者Itai Cohen教授說(shuō)，雖然這些機(jī)器人的功能很原始，不夠快也沒(méi)有什么計(jì)算能力，但是卻為微型機(jī)器人智能化打開了大門。
因?yàn)樗褂昧诵酒圃旃に?，可以快速批量生產(chǎn)，未來(lái)還有可能在上面加工出集成電路。
微型機(jī)器人想象空間還很大，正如Nature給它的評(píng)價(jià)：微型動(dòng)作裝置加上亞毫米級(jí)電路板、傳感器，無(wú)疑讓我們離費(fèi)曼的愿景更近了。
參考鏈接：
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
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