微型机器人用电子“大脑”自主走路，登上Science子刊封面

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智东西（公众号：zhidxcom）编译 | 刘柏涵编辑 | 程茜

智东西9月23日消息，本周三，美国康奈尔大学的一项新成果登上国际学术顶刊Science（《科学》）的子刊Science Robotics（《科学·机器人学》）。研究团队研制出一种比蚂蚁的头还小的电子“大脑”，能够使体型不到250微米的微型机器人完成自主行走。

之前的微型机器人能够爬行、游泳、行走和自动折叠，必须要和“弦”链接。换句话说，为了产生运动，研究人员需要利用电线给机器人提供电流，或者必须将激光束直接聚焦到机器人的特定位置上，而这里用的电线和激光束指的就是“弦”。

因此，为了避免“弦”的制约，研究人员需要解决为机器人持续供能和如何自我驱动的问题。康奈尔大学物理学教授Itai Cohen说，之前他们必须操作这些外在的“弦”，才能让机器人有反应，但是电子“大脑”帮助机器人“活”了过来。

康奈尔大学的研究团队集结了Cohen、电子和计算机工程副教授Alyosha Molnar和物理学教授Paul McEuen实验室的研究人员，他们都是该论文的协作作者，论文的主要作者为博士后研究员Michael Reynolds。

▲自主微观机器人内部结构示意图

电子“大脑“是一个互补金属氧化物半导体（CMOS）时钟电路，它包含了1000个晶体管，外加一组二极管、电阻和电容阵列。时钟电路的核心是一个振荡器，它通过产生不同的正弦波信号，让电路中的各部分按照时间顺序去工作。

CMOS电路输出一个信号，就会产生一系列相移方波频率，进而设定机器人的步态。同时，机器人的腿部由铂金材料制成，采用光伏供电，使机器人拥有自主行走的能力。

这种搭载了电子“大脑”的新型机器人比搭载CMOS的大型机器人大概小一万倍，行走速度超过每秒10微米。

▲自主微观机器人外观图

Michael Reynolds说：“你可以把这种新型机器人想象成一个结构非常复杂、功能非常强大的微型机器人，它具有高度的可编程性，同时集成了执行器和传感器。”

电子“大脑”技术为发展新一代微型机器人奠定了基础，帮助机器人完成追踪细菌、分辨化学物质和清除污染物等任务，甚至可以辅助机器人进行微创手术，清除动脉中的血栓。

雷诺兹团队对它在医疗领域的应用前景十分看好，它可以在人体组织中移动，识别好细胞，杀死坏细胞。此外在环境修复领域，它可以帮助人类识别危险化学物并懂得如何分解污染物。

结语：康奈尔攻克微观机器人自主行走难题

现实世界中，人类仅凭借自身很难触及到微观领域，但通过微米甚至是纳米级的机器人可以实现观测微观世界的愿望。由于微型机器人机身太小，其研制过程可能会有能源、驱动和控制等方面的问题。

康奈尔大学成功研发电子“大脑”技术，就微型机器人供能和驱动问题提供了新的解决方案，对微观机器人领域的后续研究具有借鉴意义。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abq2296

文章来源：Tech Xplore