【物理大師理查·費曼預言成真】跟草履蟲一樣大的機器人誕生!未來人類可以「吞下」外科醫生了?

【為什麼我們要挑選這篇文章】20 世紀最傑出的理論物理學家理查費曼曾經預言過奈米機器人手術可能在未來實現,他形容過這樣的場景:「機器外科醫生將能進入血管、甚至是心臟四處察看、找出壞的瓣膜,用小刀進行切割…….」,前提是如果患者能「吞下」這個外科醫生的話。

現在這位物理大師的預言即將實現,康乃爾大學一研究團隊真的發明出只有草履蟲大小、肉眼看不見的微型機器人,而且用光照射它就能行走!未來會有什麼樣的應用呢?(責任編輯:藍立晴)

本文經 AI 新媒體量子位(公眾號 ID:QbitAI)授權轉載,轉載請連繫出處

作者:量子位

1959 年,著名物理學家理查·費曼(Richard Feynman)曾預言,人類未來可以「吞下外科醫生」。

費曼說的可不是「醫療糾紛」,而是把微型機器人注射到人體內,透過血管到達指定位置進行手術。

今天,我們離這個美好的夢想又近了一步。

只有「草履蟲」大小的機器人,組成大軍

來自康乃爾大學的團隊發明了一個只有草履蟲大小的微型機器人,登上了 Nature 雜誌。

這款機器人的厚度約 5 微米、寬約 40 微米、長度範圍從 40 到 70 微米。肉眼無法看見,只能靠顯微鏡來觀察,可被輕鬆吸入注射器中。

通過雷射的照射控制,機器人交替擺動前後腿,在液體中游動。

因為它體積小、方便大量製造,科學家甚至能一次能釋放出上千個這樣的機器人,組成一支「大軍」。

十多年來,科學家們一直在開發能在液體中游動的微型機器人,有的甚至比康乃爾大學造出的機器人更小、更快。

使用與製造晶片相同的工藝技術

那麼這項新研究為何如此特別呢?

首先,是因為它用了與製造晶片相同的工藝技術。一個 4 吋(約 10 公分)的晶圓就能生產超過 100 萬個機器人。

△ 微型機器人結構圖(圖片來自康乃爾大學)

其次,就是它特殊的推進裝置,將能源和機器人分開。

每個機器人由以下兩部分組成:一個矽太陽能光電材料製成的簡單電路,以及四個電化學執行器製成的腿部。

研究人員使用原子層沉積和光刻技術,用只有幾十個原子厚的鉑構造了支腿,鉑的一側被一層惰性鈦覆蓋。

當對鉑施加正電時,周圍溶液中帶負電荷的離子將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,令其彎曲。

條帶的超薄特性讓腿部能急劇彎曲而不會斷裂。

為了幫助控制 3D 肢體運動,研究人員在條帶端部加上了剛性聚合物面板。面板之間的間隙相當於膝蓋或腳踝,從而使腿部以受控方式彎曲來運動。

靠「雷射光」就能讓小小機器人行走

機器人運動的能源和訊號都來自外部的雷射。

機器人的前後腿由兩組不同的光電池控制,當光電池被雷射照射時,就會在腿上施加電壓。通過控制在兩組光電池之間來回切換雷射,就可以控制機器人行走。

研究人員說,只需要產生 200 微伏電壓、10 奈瓦功率即可驅動,所以推進裝置的效率很高,比通過化學能供電的機器人效率高 100 萬倍。

論文通訊作者 Itai Cohen 教授說,雖然這些機器人的功能很原始,不夠快也沒有什麼運算能力,但是卻為微型機器人智慧化打開了大門。

因為它使用了晶片製造工藝,可以快速批量生產,未來還有可能在上面加工出集成電路。

微型機器人想像空間還很大,正如 Nature 給它的評價:微型動作裝置加上亞毫米級電路板、傳感器,無疑讓我們離費曼的願景更近了。

(本文經 量子位 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈比发丝还小的机器人“大军”来了,光照就能行走,10 厘米晶圆能造 100 万个 | Nature〉。)

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