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智東西（公眾號(hào)：zhidxcom）
編譯 | 劉柏涵
編輯 | 程茜

智東西9月23日消息，本周三，美國(guó)康奈爾大學(xué)的一項(xiàng)新成果登上國(guó)際學(xué)術(shù)頂刊Science（《科學(xué)》）的子刊Science Robotics（《科學(xué)·機(jī)器人學(xué)》）。研究團(tuán)隊(duì)研制出一種比螞蟻的頭還小的電子“大腦”，能夠使體型不到250微米的微型機(jī)器人完成自主行走。

之前的微型機(jī)器人能夠爬行、游泳、行走和自動(dòng)折疊，必須要和“弦”鏈接。換句話說(shuō)，為了產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，研究人員需要利用電線給機(jī)器人提供電流，或者必須將激光束直接聚焦到機(jī)器人的特定位置上，而這里用的電線和激光束指的就是“弦”。

因此，為了避免“弦”的制約，研究人員需要解決為機(jī)器人持續(xù)供能和如何自我驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題?？的螤柎髮W(xué)物理學(xué)教授Itai Cohen說(shuō)，之前他們必須操作這些外在的“弦”，才能讓機(jī)器人有反應(yīng)，但是電子“大腦”幫助機(jī)器人“活”了過(guò)來(lái)。

康奈爾大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)集結(jié)了Cohen、電子和計(jì)算機(jī)工程副教授Alyosha Molnar和物理學(xué)教授Paul McEuen實(shí)驗(yàn)室的研究人員，他們都是該論文的協(xié)作作者，論文的主要作者為博士后研究員Michael Reynolds。

▲自主微觀機(jī)器人內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

電子“大腦“是一個(gè)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）時(shí)鐘電路，它包含了1000個(gè)晶體管，外加一組二極管、電阻和電容陣列。時(shí)鐘電路的核心是一個(gè)振蕩器，它通過(guò)產(chǎn)生不同的正弦波信號(hào)，讓電路中的各部分按照時(shí)間順序去工作。

CMOS電路輸出一個(gè)信號(hào)，就會(huì)產(chǎn)生一系列相移方波頻率，進(jìn)而設(shè)定機(jī)器人的步態(tài)。同時(shí)，機(jī)器人的腿部由鉑金材料制成，采用光伏供電，使機(jī)器人擁有自主行走的能力。

這種搭載了電子“大腦”的新型機(jī)器人比搭載CMOS的大型機(jī)器人大概小一萬(wàn)倍，行走速度超過(guò)每秒10微米。

▲自主微觀機(jī)器人外觀圖

Michael Reynolds說(shuō)：“你可以把這種新型機(jī)器人想象成一個(gè)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜、功能非常強(qiáng)大的微型機(jī)器人，它具有高度的可編程性，同時(shí)集成了執(zhí)行器和傳感器?！?/p>

電子“大腦”技術(shù)為發(fā)展新一代微型機(jī)器人奠定了基礎(chǔ)，幫助機(jī)器人完成追蹤細(xì)菌、分辨化學(xué)物質(zhì)和清除污染物等任務(wù)，甚至可以輔助機(jī)器人進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)，清除動(dòng)脈中的血栓。

雷諾茲團(tuán)隊(duì)對(duì)它在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分看好，它可以在人體組織中移動(dòng)，識(shí)別好細(xì)胞，殺死壞細(xì)胞。此外在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域，它可以幫助人類識(shí)別危險(xiǎn)化學(xué)物并懂得如何分解污染物。

結(jié)語(yǔ)：康奈爾攻克微觀機(jī)器人自主行走難題

現(xiàn)實(shí)世界中，人類僅憑借自身很難觸及到微觀領(lǐng)域，但通過(guò)微米甚至是納米級(jí)的機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)觀測(cè)微觀世界的愿望。由于微型機(jī)器人機(jī)身太小，其研制過(guò)程可能會(huì)有能源、驅(qū)動(dòng)和控制等方面的問(wèn)題。

康奈爾大學(xué)成功研發(fā)電子“大腦”技術(shù)，就微型機(jī)器人供能和驅(qū)動(dòng)問(wèn)題提供了新的解決方案，對(duì)微觀機(jī)器人領(lǐng)域的后續(xù)研究具有借鑒意義。

論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abq2296

文章來(lái)源：Tech Xplore