比头发丝细十倍的微型机器人无需大脑或代码即可移动和适应环境

把一根头发丝的宽度再缩小十倍,差不多就是这枚微型机器人的身形。

荷兰莱顿大学的研究团队在最新发表于《美国国家科学院院刊》的论文中宣布,他们造出了一种只有几十微米长的柔性链式机器人,它不需要芯片、不需要传感器、不需要任何代码,却能在电场驱动下自主游动、规避障碍、甚至主动把挡路的东西推开,整个过程看起来活灵活现,像极了一条微小的蠕虫。

这项成果的真正令人震惊之处,不在于它有多小,而在于它有多"笨",却又有多"聪明"。

聪明不靠大脑,靠的是身体本身

大多数机器人的逻辑是:感知环境,处理信号,执行指令。这套逻辑意味着你需要传感器采集数据,需要处理器运算判断,需要执行器按指令行动,整个系统的复杂度随着尺度缩小而急剧上升,在微米级别几乎无法实现。

莱顿大学教授丹妮拉·克拉夫特和研究员魏梦诗的团队换了一条路:把"智能"直接编码进机器人的物理形状里。

他们用高精度3D微型打印机制造了一系列由多个连接节段组成的柔性链条结构,每个元件约5微米,节段之间的关节最小只有0.5微米,整体在电场激活后便开始自主运动,速度大约为每秒7微米。

关键不是它能动,而是它怎么动。克拉夫特解释说,机器人的形状和运动之间存在一种持续的反馈机制,形状影响运动方式,运动反过来又改变形状,这个循环使得机器人能够实时感知环境对自身的影响,并自动做出调整,完全不依赖任何电子元件。

魏梦诗描述了一个细节:当机器人被障碍物减速甚至卡住时,它会开始摆动尾部,就像一条小虫子在挣扎,试图挣脱束缚,这个行为不是被编程进去的,是从物理相互作用中自然"涌现"出来的。

从蠕虫到手术室,差的是什么

这套设计的灵感来自自然界。蚯蚓穿越土壤、蛇游走于岩缝,都不依赖大脑的精密计算,而是通过持续改变身体形状来适应复杂地形。宏观尺度的柔性机器人早已利用这一原理,但在微观尺度上同时实现"小"和"柔",之前一直是个未解难题,要幺小而刚硬,要么柔而庞大,二者难以兼得。

莱顿团队的突破,正是在当前制造技术的极限边缘,硬是把这两个条件同时满足了。

研究人员表示,这项技术最有潜力的应用方向是靶向药物输送和微创手术。微型机器人在医学中的想象空间一直是科幻电影的常客,但现实推进极为缓慢,核心障碍之一就是如何在如此微小的尺度上集成足够的"智能"。这项研究提供的答案是:也许根本不需要集成电子元件,只要设计足够精妙的物理结构,身体本身就是控制器。

目前,全球微型机器人医疗应用领域已有多项前沿研究,包括苏黎世联邦理工学院开发的可在体内导航的磁控药物运输机器人,密歇根大学研究的凝胶磁性复合微型机器人,以及多项利用声学或化学梯度驱动的纳米机器人。但这些方案几乎都需要外部控制或携带电子模块,而莱顿的方案若能进一步发展,理论上可以大幅简化系统,降低制造成本,也更便于大规模生产。

当然,距离真正进入人体还有相当距离。目前的实验仍在体外液体环境中进行,生物相容性、体内导航精度、靶向定位等一系列挑战仍待攻克。研究团队下一步的重点是更深入地理解这种"涌现行为"究竟是如何从简单物理相互作用中产生的,只有把这个机制摸清楚,才能有针对性地进行功能拓展和医学适配。

但有一件事已经变得清晰:在微观世界里造出"会动的生命体",也许不需要复制大脑,只需要复制身体的逻辑。

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