數百萬個微型機器人可以用來抵抗體內疾病

數以百萬計小小的機器人，就像那些被公佈在科學家 康奈爾大學 和 賓夕法尼亞大學 ，可以用來 抵抗 人體內的疾病 ， 振工鏈工業自動化平臺 。

研究人員已經建造了微型機器人，該機器人由矽光伏製成的簡單電路（基本上是軀幹和大腦）以及四個充當腿部的電化學致動器組成。

當鐳射照在光伏電池上時，機器人會行走。

這些機器人絕對很小-高達14,000立方微米-並與人體中常見的許多微生物相形見.。

 

據說冠狀病毒的直徑約為120奈米。有1,000奈米到1微米或微米。換句話說，這些機器人足夠小，可以直接處理冠狀病毒顆粒，而又足夠大，可以將大量的它們捕獲起來。

由康奈爾（Cornell）領導的合作導致了被稱為第一個結合了半導體元件的微型機器人，從而使它們能夠透過標準電子訊號進行控制並使其行走。

這些機器人的大小大約為草履蟲大小，為利用基於矽的情報構建甚至更復雜的版本提供了模板，可以批次生產，並且有一天可能穿越人體組織和血液。

這項合作是由物理學教授Itai Cohen，藝術和科學學院的John A. Newman物理科學的Paul McEuen教授以及他們的前博士後研究員Marc Miskin領導的，他現在是賓夕法尼亞大學的助理教授 ， 振工鏈工業自動化平臺 。

該團隊的論文“電子整合，批次生產的微型機器人”於2020年8月26日在《自然》雜誌上發表。

從微觀感測器到基於石墨烯的摺紙機，步行機器人是Cohen和McEuen以前的奈米級產品的最新迭代，並且在許多方面都是進化。

新的機器人厚約5微米（一微米是一米的百萬分之一），寬40微米，長度範圍從40到70微米。

每個機器人都由一個簡單的電路構成，該電路由矽光伏材料製成，該電路本質上起著軀幹和大腦的作用，而四個電化學致動器起著腿的作用。

就像微型機器可能看起來很基本一樣，創造腿是一項巨大的壯舉。

“在某種意義上說，從機器人的大腦來看，我們只是在利用現有的半導體技術，使它變得小巧而可釋放”，奈米級科學和微系統工程（NEXT Nan o） McEuen說，教務長的自由基合作計劃的一部分，並指導康奈爾大學奈米科學的卡夫利研究所。

麥克尤恩說：“但是腿以前不存在。” “沒有可以使用的小型電啟用執行器。因此，我們必須發明這些，然後將它們與電子裝置結合起來。”

該團隊使用原子層沉積和光刻技術，用厚度僅為幾十個原子的鉑金條構造了支腿，鉑金的一側被一層惰性鈦覆蓋。

在對鉑施加正電荷時，帶負電的離子將從周圍溶液中吸附到暴露的表面上，以中和電荷 ， 。

這些離子迫使裸露的鉑膨脹，使帶彎曲。條帶的超薄特性使材料可以急劇彎曲而不會斷裂。

為了幫助控制3D肢體運動，研究人員在條帶頂部構圖了剛性聚合物皮膚。皮膚之間的間隙就像膝蓋或腳踝一樣起作用，從而允許腿部以受控方式彎曲，從而產生運動。

研究人員透過在不同的光電裝置上閃爍鐳射脈衝來控制機器人，每個光電裝置為一組單獨的腿充電。透過在前後光伏之間來回切換鐳射，機器人可以行走。

“雖然這些機器人的功能很原始-它們不是很快，但它們沒有很多計算能力-我們為使它們與標準微晶片製造相容而進行的創新為使這些微型機器人變得智慧化開啟了大門，快速且可批次生產。”科恩說。

“這實際上只是弓箭的第一槍，嘿，我們可以在一個微型機器人上進行電子整合。”

機器人肯定是高科技的，但是它們以低電壓（200毫伏）和低功率（10納瓦）執行，並且在尺寸上保持堅固。由於它們是採用標準光刻工藝製造的，因此可以並行製造：在4英寸的矽晶圓上可安裝約100萬個機器人。

研究人員正在探索用更復雜的電子裝置和機載計算來增強機器人的方法-改進有一天可能會導致大量微型機器人爬行並重組材料，縫合血管或被大規模派遣以探測大範圍的機器人。人腦。

“控制一個小型機器人可能會盡可能地縮小自己。該研究的主要作者米斯金說：“我認為像這樣的機器將把我們帶入各種各樣的世界，這些世界太小了而看不見。”

合著者包括Samuel B. Eckert工程學教授David Muller。康奈爾總統博士後研究員Alejandro Cortese博士；博士後研究員劉慶坤；博士生曹Michael，凱爾·多爾西和邁克爾·雷諾茲；和愛德華·埃斯波西託（Edward Esposito），前科恩實驗室的大學職員兼技術員。

“這項研究突破為研究與活性物質物理有關的新問題提供了令人興奮的科學機會，並可能最終導致未來派機器人材料的發展，”美國陸軍研究辦公室專案經理山姆·斯坦頓說。研究實驗室，為研究提供了支援。

空軍科學研究所，康奈爾大學材料研究中心（由美國國家科學基金會的材料研究科學與工程中心計劃）以及康奈爾大學奈米科學專業的卡夫裡研究所提供了額外的支援。這項工作是在康奈爾大學奈米級科學技術實驗室進行的 ， 。