从思考到创造 2020-08-27 15:35
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本文来自微信公众号：量子位（ID：techsina），作者：晓查，题图来自：康奈尔大学
1959年，著名物理学家理查德·费曼曾预言，人类未来可以“吞下外科医生”。
费曼说的可不是“医闹”，而是把微型机器人注射到人体内，通过血管到达指定位置进行手术。
今天，我们离这个美好的梦想又近了一步。
来自康奈尔大学的团队发明了一个只有草履虫大小的微型机器人，登上了今天的Nature杂志。
这款机器人的厚度约5微米、宽约40微米、长度范围从40到70微米。肉眼无法看见，只能靠显微镜来观察，可被轻松吸入注射器中。
通过激光的照射控制，机器人交替摆动前后腿，在液体中游动。
因为它体积小、方便大批量制造，科学家甚至能一次释放出上千个这样的机器人，组成一支“大军”。
十多年来，科学家们一直在开发能在液体中游动的微型机器人，有的甚至比康奈尔大学造出的机器人更小、更快。
那么这项新工作为何如此特别呢？
首先，是因为它用了与制造芯片相同的工艺技术。一个4英寸（约10厘米）的晶圆就能生产超过100万个机器人。
△微型机器人结构图（图片来自康奈尔大学）
其次，就是它特殊的推进装置，将能源和机器人分开。
每个机器人由以下两部分组成：一个硅光伏材料制成的简单电路，以及四个电化学致动器制成的腿部。
研究人员使用原子层沉积和光刻技术，用只有几十个原子厚的铂构造了支腿，铂的一侧被一层惰性钛覆盖。
当对铂施加正电时，周围溶液中带负电荷的离子将吸附到暴露的表面上，以中和电荷。这些离子迫使裸露的铂膨胀，令其弯曲。
条带的超薄特性让腿部能急剧弯曲而不会断裂。
为了帮助控制3D肢体运动，研究人员在条带端部加上了刚性聚合物面板。面板之间的间隙相当于膝盖或脚踝，从而使腿部以受控方式弯曲来运动。
机器人运动的能源和信号都来自外部的激光。
机器人的前后腿由两组不同的光电池控制，当光电池被激光照射时，就会在腿上施加电压。通过控制在两组光电池之间来回切换激光，就可以控制机器人行走。
研究人员说，只需要产生200微伏电压、10纳瓦功率即可驱动，所以推进装置的效率很高，比通过化学能供电的机器人效率高100万倍。
论文通讯作者Itai Cohen教授说，虽然这些机器人的功能很原始，不够快也没有什么计算能力，但是却为微型机器人智能化打开了大门。
因为它使用了芯片制造工艺，可以快速批量生产，未来还有可能在上面加工出集成电路。
微型机器人想象空间还很大，正如Nature给它的评价：微型动作装置加上亚毫米级电路板、传感器，无疑让我们离费曼的愿景更近了。
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本文来自微信公众号：量子位（ID：techsina），作者：晓查
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