抱緊細胞的大腿！MIT開發出世界上最小的機器人

最近，麻省理工學院的研究者創造了世界上最小機器人，它們可以感知周圍的環境、存儲數據以及開展一些計算任務。

這些機器人大概只有人類卵細胞那麼大，內部含有二維材料製成的電子線圈，綁定在稱為膠質的小顆粒上。

膠質是一些不可溶的顆粒或分子，大小大約在百萬分之一到十萬分之一米之間，它在我們周圍的空氣和水中可以保持懸浮。通過將複雜的電路與這些小機器人結合，研究者希望可以為未來可分散設備打下基礎，這些設備可以通過人類消化系統或天然氣管道傳輸，或通過空氣測量化學處理器或煉油廠的化學物質。

「我們希望能夠將膠質顆粒和這些電子線路完全結合起來，」麻省理工學院化學工程教授 Michael Strano 說。這一研究在 7 月 23 日刊登在雜誌《自然·納米技術》上。麻省理工學院的博士後 Volodymyr Koman 是這篇文章的第一作者。

「膠質可以進入環境並以其他材料無法實現的方式在環境中運動，」Strano 說。例如灰塵顆粒，它們可以無限懸浮在空氣中因為他們足夠小以至於隨機碰撞空氣分子的運動傳導的力已經大於重力。相似地，膠質可以在液體中保持懸浮而不會沉到底部。

Strano 說，雖然其他的研究組也在嘗試創造相似的微小機器人，但他們更多強調控制它們的運動，即通過類似微生物鞭毛的結構來控制這些機器人。但是 Strano 認為，這種方式也許並不是最有效的方式，鞭毛或其他細胞的運動系統主要用於局部範圍內的位置控制，而不是大尺度的運動。對多數情況來說，讓這些微小的機器人具有更多功能可能比讓它們可以自己移動更有意義。

由麻省理工學院團隊製造的小機器人不需要提供外源動力的可自行滿足能源需求。一個簡單的光電二極體提供了源源不斷的電力，機器人可通過這個電源帶動自己的計算和存儲線路。這已足夠它們感知周邊的環境信息，將這些數據存儲起來並在完成任務後讀取這些存儲數據。

這一機器人設備最終將成為油氣工業的福利，Strano 說。目前，檢查油氣管道的主要方式是員工沿著管道用檢測器親自觀察。而新的設備理論上可以通過進入管道檢測液體流動，並沿著管道移動到另一端記錄情況。機器人可以檢測是否存在污染物，這些污染物是附近管道出現問題的指示物。起初的概念驗證機器人沒有計時線圈，後續工作中將這一時間記錄線圈加了進去。

相似地，這些設備可以用於身體診斷，如通過消化道可以追溯炎症或其他疾病的指示物。研究者說。

多數傳統微晶元，如硅晶元或互補式金屬氧化物半導體（CMOS），具有一平坦的剛性基底，當接觸到膠質時將無法正常工作，膠質在環境中行進時可能體驗複雜的應力。此外，這些傳統晶元非常耗能。這也是為什麼 Koman 決定嘗試二維材料的原因。二維材料包括石墨烯和過渡金屬二硫化物，這些物質 Koman 發現可以結合在膠質表面，即使進入到空氣或水中仍可保持運行狀態。這些薄膜電子產品僅需要很少的能量。它們可以進行納瓦特級別的充電。

沒有基底，這些小材料很易碎且難以共同工作。「沒有基底它們確實很難存在，」Strano 說，「我們需要將它們接種到顆粒上，給他們機械剛性，並讓它們達到足夠被流體攜帶的大小。」

但是 2D 材料已經足夠結實，即使在非傳統基底上也足以維持它們的性能。Koman 說。

他們通過這種方法製造的納米設備是全自動顆粒，它們含有發電、計算、邏輯和存儲電子元件。它們可通過光充電，並有一個後向反射器讓它們很容易地停靠。它們可以通過探針傳遞數據。這項研究中，團隊希望對這些機器人添加通訊能力以允許這些小顆粒實現不依賴物理接觸的數據傳遞。

其他研究團隊的納米尺度機器人還未達到這一程度：複雜的電子元件足夠小並能源足夠充足，因而可以懸浮在膠質液體中。它們是「目前來講非常智能的顆粒，」Strano 說，「我們認為這篇文章正在介紹機器人的一個新領域。」

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