Nature突破:首个比头发丝还细的机器人诞生了!可用针头注射入人体

2021-07-10 10:43:41爱云资讯

Nature突破:首个比头发丝还细的机器人诞生了!可用针头注射入人体

1959年,诺贝尔奖得主、理论物理学家Richard Feynman 首次提出微型医用机器人的概念。此后,将电子器件微型化以生产细胞大小的机器人一直是科学家们追求的目标,但由于缺乏合适的微米级致动器系统,该技术一直受到限制。

近日,使机器人移动的重要部件——致动器研究终于出现重大突破,来自美国宾夕法尼亚大学及康奈尔大学的科学家团队首次制造出尺寸小于0.1毫米(约为人的头发宽度)的机器人,并且,还能够进行大规模生产,一个 4 英寸的硅片就可以同时制造约 100 万个这种机器人。研究在线发表在国际顶级期刊Nature上,题为“Electronically integrated, mass-manufactured, microscopic robots”。

虽然体形微小,但它们却十分结实,在未来,这些微型机器人或许可以穿梭在人体组织和血液中,执行外科医生的操作,缝合血管,探测人类大脑等。

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当激光照射到光电板上时,机器人就能行走(来源:康奈尔大学)

这种微型机器人每个大约有 5 微米厚(1 微米是一米的百万分之一)、40 微米宽、40 到 70 微米长,可说是“专为行走而生”。

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一个微型机器人绕圈行走

每个机器人都由一个硅光电板制成的简单电路组成,其基本功能类似于躯干和大脑,还有四个电化学驱动器构成了机器人的腿。创造腿可谓是一项壮举,研究人员以不同光伏闪烁激光脉冲来控制这些机器人移动,每一个脉冲可以给一只腿充电,通过在光电板前后切换激光来控制机器人行走。它们在低电压(200 毫伏)和低功率(10毫微瓦)条件下就可移动。

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数以千计的机器人“大军”

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一个机器人走过显微镜载玻片

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本文通讯作者之一Itai Cohen教授

由于它们是由高度稳定的材料制成的,所以很坚固,能在高酸性环境和超过 200-k 的温度变化中生存下来。

此外,由于它们体型微小,还可以通过最小型号的注射针头进行皮下针头注射,并且在注射后也可维持机械功能,这也为探索生物内环境带来了可能。

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这些机器人和草履虫等微生物差不多大(来源:康奈尔大学)

目前,这些微型机器人最大的缺点在于缺乏综合控制,它们必须始终与它们的能力和信息源“拴在一起”。目前功能仍有限,比如不能自动行走,移动速度比大多数游泳机器人慢,且不能感知环境。

但美国麻省理工学院科学家迈克尔·斯塔诺表示,虽然有以上缺陷,但这些机器人最有价值的是它们与现有硅技术的兼容,正是这一兼容性,让其在不久的未来很快就能够开发更多实用性功能。

未来,这种微型机器人不仅能在液体中移动,还可以使用车载传感器和逻辑电路输入更高级的指令,执行更加复杂的操作。

本文综合自学术头条、中国科学报、Nature,仅用于学术分享。

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