不久前,包括我国科学家在内的国际团队研宣布一种比发丝直径还小的“微型千纸鹤”,在电压的效果下,不到一秒就能够主动从平面折叠完结。作为一种巨细只要几十微米的新式微型驱动器,这种充溢想象力的千纸鹤是微纳米机器人研发范畴的又一打破,有助于未来在微纳米水平上完结杂乱而精密的作业。
人们对微纳米机器人的想象早已有之。20世纪60年代,科幻电影《奇特旅程》就描绘了被缩小到只要细胞巨细的“微型潜艇”进入人体内的冒险之旅。实际国际中,科学家对能够在毫米、微米乃至纳米标准履行特定操作的机器人的研讨也从未停步。
现在,国际上对微纳米机器人的尺度还没有一致的严厉界说。科研人员通常将机器人本体尺度介于1毫米至1厘米间的称为毫米机器人,介于1微米至1毫米间的称为微米机器人,介于1纳米至1微米间的称为纳米机器人,后两者统称为微纳米机器人。微纳米机器人的研讨归于多学科前沿穿插范畴,机器人学、资料学、物理学、化学、生物学、医药学等学科的新展开都会为微纳米机器人的展开供给动力。
微纳米机器人因为尺度太小,在研发过程中首要面对三方面应战:动力、驱动和操控。不同于微观机器人,微纳米机器人无法外接电线或带着电池为其供能,也不能装载电机来发生运动。此外,在微观环境中,怎么调查及无线遥控微纳米机器人按指令运动及作业,也是需霸占的难题。针对这样一些问题,科学家已展开的微纳米机器人研讨最重要的包括磁驱动、光驱动、热驱动、化学驱动微纳米机器人以及微生物机器人等。
微纳米机器人首要由微纳米资料加工制备而成,其结构有球形、圆饼形、螺旋形、笼子形、仿细菌形等;而微生物机器人则是使用微生物细菌、藻类细胞或白细胞等作为微米机器人,结合其本身运动特性及外部影响来操控其运动。
得益于超小的尺度,微纳米机器人能够进入传统设备无法抵达的微观环境中运动及履行操作。比方,微纳米机器人可进入微流控芯片内对微结构能够进行微操作及安装,进入生物体天然腔道或血管内进行勘探和药物投递,乃至进入单个细胞内部来丈量细胞核的杨氏模量。微纳米机器人还能够“协同作战”,科学家可操控其集体改动构型穿过狭小管道,抵达靶向方位开释药物。现在,微纳米机器人已成为科研人员探究微观国际新现象和新机理的帮手,不过其结构仍较为简略、功用有限。
未来,假如微纳米机器人能到达相似生物细胞内分子机器的杂乱程度和功用,它们有望协助人类进行DNA分子修改、从分子层面上医治疾病,由微观向微观构建物质结构,乃至开宣布新式生物动力。微纳米机器人的展开,一方面需求各相关学科不断取得打破,另一方面也要“师法天然”,从天然界和日子的美妙才智中不断取得创意。
《 人民日报 》( 2021年06月01日 17 版)(责编:杨光宇、胡永秋)