比发丝还小的机器人“大军”来了,10厘米晶圆能造100万个


晓查 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

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,科学家甚至能一次能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。

参考链接:
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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