#会跳舞的机器人只有盐粒大小#【夜读 | #科学家开发盐粒大小机器人#】据美国《大众科学》杂志网站12月16日报道，设计一群完全自主的亚毫米级机器人，即便不是不可能，但听起来也耗资不菲。然而，美国宾夕法尼亚大学和密歇根大学的一个研究团队不仅造出了新一代破纪录的太阳能驱动的机器人，而且每个机器人的制造成本只有一美分。这些机器人可以帮助推进从纳米技术制造到医学研究等领域的发展。而且据宾夕法尼亚大学工程师马克·米斯金说，他们团队取得的这一突破也终结了困扰机器人领域长达数十年的难题。破解机器人制造难题他在一份大学人物专访中表示：“制造尺寸小于1毫米的自主操作机器人是非常困难的。40年来，该领域基本上一直卡在这个问题上。”正如米斯金及其同事最近在《科学·机器人学》杂志和《国家科学院学报》周刊上详细介绍的那样，制造这种大小的全自主机器人的主要问题是物理问题。较大的物体，包括人类，其运动主要受惯性和重力支配；而物体越小，就越容易受黏性和阻力等表面积因素的影响。米斯金解释说：“小到一定程度时，在水中前进就像在焦油中移动一样艰难。”这意味着，虽然像手臂和腿这样的运动设计可以很好地应对重力和惯性，但在微观尺度下，类似肢体的附属结构会变得极度脆弱。为了解决这个问题，研究人员需要从一个完全不同的角度，即电平角度，来切入运动问题。每个机器人的大小约为200微米×300微米×50微米，比一粒盐还小。即使如此之小，当这些机器人被置于溶液中时，也能将微小太阳能板的能量转化为电场。电流推动附近的离子，进而推动周围的水分子以驱动机器人。这些机器人也不只是向前和向后移动。通过适应电场，每个机器人可以单独移动，也可以像鱼群一样以复杂的模式一起移动。这种机器人也没有任何运动部件，而是完全依靠电子信号。这使得它们比那些较大、较复杂的同类机器人更耐用。这些机器人通过发光二极管(LED)充电，一次充电可以在溶液中游动几个月。但是，如果一种机器人毫无用处，即便成本低廉、设计巧妙，也不过尔尔。微型机器人需要完成任务，这需要编程。米斯金的团队又一次不得不解决尺寸局限的问题。生物演化提供了灵感计算机小型化的核心在于空间。计算机越小，可供电源、存储器和电路使用的面积就越小。毫不奇怪，这给设计师带来了一个问题。密歇根大学工程师戴维·布洛乌补充说：“电子器件的关键挑战是太阳能板极小，只能产生75纳瓦的功率。这不到智能手表耗电量的十万分之一。”要解决这个难题，就需要全新的低压运行电路设计，将机器人的电力需求降至原先的千分之一以下。由于太阳能板占据了机器人内部的大部分可用空间，米斯金和布洛乌接下来需要解决的问题是如何装入处理器和存储器。布洛乌说：“我们必须彻底重新设计计算机程序指令，将传统模式下推进控制需要多条指令才能完成的操作，精简整合为一条专用的(编程)指令。”当前迭代的微型机器人搭载有传感器，检测温度的精度可达三分之一摄氏度。理论上，这可使一群机器人在溶液中游向温度较高的区域(该区域往往是细胞活动的信号源)，然后报告单个细胞的健康状况。但请注意其尺寸局限：要将探测结果告知设计者，其通信方式必须足够简便，能够在一粒沙子上进行编码。幸运的是，大自然的生物演化为研究人员提供了灵感。布洛乌说：“这跟蜜蜂的交流方式极为相似。为了报告温度测量数据，我们设计了一个专门的计算机指令，可将一个数值，比如测得的温度，编码到机器人舞蹈的扭摆动作中。然后，我们通过搭载摄像头的显微镜观察这一舞蹈，再从这些扭摆动作里解码出机器人向我们传递的信息。”尽管这些微型机器人已令人赞叹，但米斯金与布洛乌希望，这仅仅是一个充满可能性的全新领域的开始。经过持续的改进与实验，有望研发出速度更快、更复杂的机器人，搭载更多传感器，让它们能够在越来越复杂的环境中行动。（编译/刘宗亚）
