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最小全自主編程機器人研發(fā)成功

發(fā)布時間：2025-12-17

來源：科技日報

責任編輯：科普網(wǎng)

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能獨立感知并響應環(huán)境

科技日報北京12月16日電（記者張夢然）美國賓夕法尼亞大學和密歇根大學的科研團隊研制出世界上最小的全自主機器人，可通過編程在液體中進行復雜運動。這些機器人尺寸僅為200×300×50微米，比一粒鹽還小，能獨立感知并響應環(huán)境，可連續(xù)運行數(shù)月，成本僅需約1美分。該成果發(fā)表于《科學·機器人學》和《美國國家科學院院刊》，標志著在亞毫米尺度上首次實現(xiàn)了無需外部控制的全自主編程機器人。

過去幾十年，電子設備持續(xù)微型化，但機器人的小型化進程卻長期滯后。團隊表示，制造尺寸小于1毫米、能夠獨立運行的機器人極其復雜，該領域這一難題已存在約40年。在宏觀世界中主導運動的力，如重力與慣性，高度依賴于物體的體積。然而，當物體縮小到細胞尺度時，與表面積相關的力，如流體阻力和粘滯力，將成為主要影響因素。如果人類能縮小進入微觀世界，那推開一滴水就像推開黏稠的瀝青。因此，團隊必須重新設計一套推進系統(tǒng)，以適應微觀尺度下截然不同的物理環(huán)境，而不是與之對抗。

此次新研發(fā)的微型機器人由光驅(qū)動，搭載微型計算機，通過編程執(zhí)行復雜運動，并能感知局部溫度以調(diào)整行動路徑。團隊克服了微觀尺度下流體阻力主導運動的物理挑戰(zhàn)，摒棄了傳統(tǒng)的機械運動方式，轉(zhuǎn)而通過產(chǎn)生電場驅(qū)動周圍離子，從而推動水流實現(xiàn)移動。這種方法使機器人無需活動部件，結構堅固且壽命長。

為實現(xiàn)真正自主，團隊利用微型計算機技術，在極低的功耗下為機器人集成了處理器、內(nèi)存和傳感器。機器人能感知1/3攝氏度內(nèi)的溫度變化，并通過編碼特定動作模式對外傳遞信息，實現(xiàn)了感知、決策與行動的完整閉環(huán)。

團隊指出，該成果為微觀機器人技術開辟了新方向，未來可在此基礎上疊加更多功能，在細胞健康監(jiān)測、微納操作等領域具有應用潛力。

【總編輯圈點】

科研人員給比鹽粒還小的機器人裝上了“微型大腦”，讓它能自己感知環(huán)境變化，獨立作出決策和行動，無需外部遙控。當機器人足夠小，它運動時面臨的力學環(huán)境也會發(fā)生變化，于是研究團隊干脆摒棄了馬達或者齒輪，讓它用自身產(chǎn)生的微弱電場“推開”周圍的水分子來實現(xiàn)移動。這種機器人成本極低，有利于大規(guī)模生產(chǎn)和使用。它們可以進入人體血管和危險環(huán)境，未來，成千上萬微型機器人還可以協(xié)同工作，真正成為人類幫手。

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