這些微型機(jī)器人利用形狀與柔韌性，在無需傳感器、代碼或控制的情況下實(shí)現(xiàn)移動(dòng)、適應(yīng)與導(dǎo)航。

萊頓大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種微型機(jī)器人，它們無需大腦、傳感器或軟件即可移動(dòng)、導(dǎo)航和適應(yīng)環(huán)境。它們的行為完全由其物理結(jié)構(gòu)及與環(huán)境的相互作用驅(qū)動(dòng)。

這些機(jī)器人僅有幾十微米長(zhǎng)，比人類發(fā)絲的直徑還要小得多。盡管尺寸微小，它們卻能以栩栩如生的方式游動(dòng)并對(duì)障礙物做出反應(yīng)。

由Daniela Kraft教授和研究員孟世偉（音譯）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)將這些機(jī)器人構(gòu)建為由連接節(jié)段組成的柔性鏈條。當(dāng)暴露于電場(chǎng)中時(shí)，這些結(jié)構(gòu)便會(huì)自行開始移動(dòng)。

這些機(jī)器人不依賴電子元件，而是利用其形狀和柔韌性來產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，并實(shí)時(shí)調(diào)整以適應(yīng)周圍環(huán)境。

源于自然的柔性運(yùn)動(dòng)靈感

這一概念基于動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)方式。蠕蟲和蛇通過連續(xù)改變身體形狀來穿越狹窄復(fù)雜的空間。

Kraft教授表示："蠕蟲和蛇等動(dòng)物在移動(dòng)時(shí)會(huì)不斷調(diào)整自身形狀，這有助于它們?cè)诃h(huán)境中導(dǎo)航。宏觀機(jī)器人同樣利用柔韌性來實(shí)現(xiàn)其功能。然而，直到現(xiàn)在，微型機(jī)器人要么小而堅(jiān)硬，要么大而柔軟。我們想知道是否能在實(shí)驗(yàn)室里造出既小巧又柔韌的微型機(jī)器人。"

為了制造這些機(jī)器人，團(tuán)隊(duì)使用了高精度的3D微納打印機(jī)。每個(gè)元件的尺寸約為5微米，由小至0.5微米的關(guān)節(jié)連接。

這些結(jié)構(gòu)被構(gòu)建為由自推進(jìn)元件組成的鏈條，這些元件共同產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。一旦被激活，機(jī)器人會(huì)以大約每秒7微米的速度移動(dòng)。

其制造過程采用了尖端的微納打印系統(tǒng)，能夠在當(dāng)前制造技術(shù)的極限條件下運(yùn)行，從而在極小的尺度上實(shí)現(xiàn)了柔韌性與結(jié)構(gòu)精度的結(jié)合。

被激活時(shí)，機(jī)器人會(huì)以波浪狀運(yùn)動(dòng)。其柔性設(shè)計(jì)使它們無需程序指令即可彎曲并向前推進(jìn)。

形狀驅(qū)動(dòng)智能行為

研究人員發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)與形狀會(huì)持續(xù)相互影響。這種反饋使它們能在環(huán)境變化時(shí)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。

Kraft教授補(bǔ)充道："但這還不是全部。我們發(fā)現(xiàn)機(jī)器人的形狀與運(yùn)動(dòng)之間存在持續(xù)的反饋：形狀影響其移動(dòng)方式，而移動(dòng)反過來又改變其形狀。因此，這個(gè)微型機(jī)器人能夠感知環(huán)境如何改變其身體并對(duì)其做出反應(yīng)，這使它表現(xiàn)得栩栩如生。這意味著我們無需集成微觀電子元件就能賦予其智能能力。"

這些機(jī)器人無需任何控制系統(tǒng)即可避開障礙物并改變方向。它們還能在擁擠的環(huán)境中移動(dòng)，并將路上的物體推開。

研究員孟世偉說："當(dāng)機(jī)器人減速甚至停下時(shí)，它會(huì)開始擺動(dòng)尾巴，仿佛想要掙脫束縛。"

研究人員表示，這項(xiàng)技術(shù)有望支持靶向藥物輸送和微創(chuàng)手術(shù)等應(yīng)用。下一步工作是更好地理解此類行為是如何從簡(jiǎn)單的物理相互作用中產(chǎn)生的。

該研究發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。

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