抱緊細胞的大腿！mit開發(fā)出世界上最小的機器人

2018-07-29 15:42來源:/

原標(biāo)題：抱緊細胞的大腿！mit開發(fā)出世界上最小的機器人

最近，麻省理工學(xué)院的研究者創(chuàng)造了世界上最小機器人，它們可以感知周圍的環(huán)境、存儲數(shù)據(jù)以及開展一些計算任務(wù)。

這些機器人大概只有人類卵細胞那么大，內(nèi)部含有二維材料制成的電子線圈，綁定在稱為膠質(zhì)的小顆粒上。

膠質(zhì)是一些不可溶的顆粒或分子，大小大約在百萬分之一到十萬分之一米之間，它在我們周圍的空氣和水中可以保持懸浮。通過將復(fù)雜的電路與這些小機器人結(jié)合，研究者希望可以為未來可分散設(shè)備打下基礎(chǔ)，這些設(shè)備可以通過人類消化系統(tǒng)或天然氣管道傳輸，或通過空氣測量化學(xué)處理器或煉油廠的化學(xué)物質(zhì)。

“我們希望能夠?qū)⒛z質(zhì)顆粒和這些電子線路完全結(jié)合起來，”麻省理工學(xué)院化學(xué)工程教授 michael strano 說。這一研究在 7 月 23 日刊登在雜志《自然·納米技術(shù)》上。麻省理工學(xué)院的博士后 volodymyr koman 是這篇文章的第一作者。

“膠質(zhì)可以進入環(huán)境并以其他材料無法實現(xiàn)的方式在環(huán)境中運動，”strano 說。例如灰塵顆粒，它們可以無限懸浮在空氣中因為他們足夠小以至于隨機碰撞空氣分子的運動傳導(dǎo)的力已經(jīng)大于重力。相似地，膠質(zhì)可以在液體中保持懸浮而不會沉到底部。

strano 說，雖然其他的研究組也在嘗試創(chuàng)造相似的微小機器人，但他們更多強調(diào)控制它們的運動，即通過類似微生物鞭毛的結(jié)構(gòu)來控制這些機器人。但是 strano 認為，這種方式也許并不是最有效的方式，鞭毛或其他細胞的運動系統(tǒng)主要用于局部范圍內(nèi)的位置控制，而不是大尺度的運動。對多數(shù)情況來說，讓這些微小的機器人具有更多功能可能比讓它們可以自己移動更有意義。

由麻省理工學(xué)院團隊制造的小機器人不需要提供外源動力的可自行滿足能源需求。一個簡單的光電二極管提供了源源不斷的電力，機器人可通過這個電源帶動自己的計算和存儲線路。這已足夠它們感知周邊的環(huán)境信息，將這些數(shù)據(jù)存儲起來并在完成任務(wù)后讀取這些存儲數(shù)據(jù)。

這一機器人設(shè)備最終將成為油氣工業(yè)的福利，strano 說。目前，檢查油氣管道的主要方式是員工沿著管道用檢測器親自觀察。而新的設(shè)備理論上可以通過進入管道檢測液體流動，并沿著管道移動到另一端記錄情況。機器人可以檢測是否存在污染物，這些污染物是附近管道出現(xiàn)問題的指示物。起初的概念驗證機器人沒有計時線圈，后續(xù)工作中將這一時間記錄線圈加了進去。

相似地，這些設(shè)備可以用于身體診斷，如通過消化道可以追溯炎癥或其他疾病的指示物。研究者說。

多數(shù)傳統(tǒng)微芯片，如硅芯片或互補式金屬氧化物半導(dǎo)體（cmos），具有一平坦的剛性基底，當(dāng)接觸到膠質(zhì)時將無法正常工作，膠質(zhì)在環(huán)境中行進時可能體驗復(fù)雜的應(yīng)力。此外，這些傳統(tǒng)芯片非常耗能。這也是為什么 koman 決定嘗試二維材料的原因。二維材料包括石墨烯和過渡金屬二硫化物，這些物質(zhì) koman 發(fā)現(xiàn)可以結(jié)合在膠質(zhì)表面，即使進入到空氣或水中仍可保持運行狀態(tài)。這些薄膜電子產(chǎn)品僅需要很少的能量。它們可以進行納瓦特級別的充電。

沒有基底，這些小材料很易碎且難以共同工作。“沒有基底它們確實很難存在，”strano 說，“我們需要將它們接種到顆粒上，給他們機械剛性，并讓它們達到足夠被流體攜帶的大小?！?/p>

但是2d 材料已經(jīng)足夠結(jié)實，即使在非傳統(tǒng)基底上也足以維持它們的性能。koman 說。

他們通過這種方法制造的納米設(shè)備是全自動顆粒，它們含有發(fā)電、計算、邏輯和存儲電子元件。它們可通過光充電，并有一個后向反射器讓它們很容易地停靠。它們可以通過探針傳遞數(shù)據(jù)。這項研究中，團隊希望對這些機器人添加通訊能力以允許這些小顆粒實現(xiàn)不依賴物理接觸的數(shù)據(jù)傳遞。

其他研究團隊的納米尺度機器人還未達到這一程度：復(fù)雜的電子元件足夠小并能源足夠充足，因而可以懸浮在膠質(zhì)液體中。它們是“目前來講非常智能的顆粒，”strano 說，“我們認為這篇文章正在介紹機器人的一個新領(lǐng)域?！?/p>

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編輯：戴青

參考：

http://news.mit.edu/2018/cell-sized-robots-sense-their-environment-0723