近年来，微型机器人领域取得了长足进步，突破了微型机器人的极限。这些进步为从医疗应用到环境监测等领域的潜在突破铺平了道路。在这一创新领域，康奈尔大学的研究人员做出了值得注意的贡献，开发了可以根据命令改变形状的微型机器人。
该团队由康奈尔大学物理系的伊泰·科恩教授领导，他们制造出了尺寸不到一毫米的机器人，可以从平面的二维形状变成各种三维形状。《自然材料》杂志发表的一篇论文详细介绍了这一进展，代表了微尺度机器人系统能力的重大飞跃。
剪纸技术在机器人工程中的应用
这项突破的核心在于将剪纸原理创新地应用于机器人设计。剪纸是折纸的一种变体，涉及裁剪和折叠纸张，它启发了工程师们创造出能够以精确且可预测的方式改变形状的结构。
在这些微型机器人中，剪纸技术允许在材料中加入策略性的切割和折叠。这种设计方法使机器人能够从平面状态转变为复杂的三维结构，从而赋予它们在微观层面上前所未有的多功能性。
研究人员将他们的发明称为“超薄片机器人”。这里的“超”是指超材料——一种工程材料，具有天然物质所不具备的特性。在这种情况下，超薄片由许多协同工作的构建块组成，可产生独特的机械行为。
这种元片设计允许机器人改变其覆盖范围，并局部扩大或缩小多达 40%。适应各种形状的能力可能使这些机器人能够以以前无法实现的方式与环境互动。
技术规格和功能
这个微型机器人由大约 100 块二氧化硅面板组成的六边形瓷砖构成。这些面板通过 200 多个致动铰链相互连接，每个铰链的厚度约为 10 纳米。这种复杂的面板和铰链排列构成了机器人变形能力的基础。
这些机器人的变形和移动是通过电化学激活实现的。当通过外部电线施加电流时，它会触发驱动铰链形成山折和谷折。这种驱动使面板张开并旋转，从而使机器人能够改变其形状。
通过选择性地激活不同的铰链，机器人可以采用各种配置。这使它能够潜在地缠绕物体或展开回平板。爬行和响应电刺激而改变形状的能力表明了这些机器人的控制力和多功能性，这使它们有别于以前的微型设计。
潜在的应用和影响
这些可变形微型机器人的开发为各个领域开辟了众多潜在应用。在医学领域，这些机器人可以彻底改变微创手术。它们能够改变形状并穿过复杂的身体结构，这对于靶向药物输送或显微手术非常有用。
在环境科学领域，这些机器人可用于生态系统或污染物的微观监测。它们的体积小巧，适应性强，可进入目前难以研究的环境并与之互动。
此外，在材料科学和制造领域，这些机器人可以作为可重构微型机器的构建模块。这可能导致开发出可以根据需要改变其属性的自适应材料，为航空航天工程或智能纺织品等领域开辟新的可能性。
未来研究方向
康奈尔大学的研究团队已经开始展望这项技术的下一阶段。一项令人兴奋的研究方向是开发他们称之为“弹性”的材料。这些材料将结合灵活的机械结构和电子控制器，创造出超灵敏的材料，其性能超越自然界中发现的任何材料。
科恩教授设想的材料能够以编程方式对刺激作出反应。例如，当受到力时，这些材料可以“逃跑”或以比它们经历的更大的力反击。这种由超越自然限制的原理所支配的智能物质概念可能会在多个行业中带来变革性应用。
未来研究的另一个领域是增强机器人从周围环境中获取能量的能力。通过在每个构建块中整合光敏电子元件，研究人员的目标是制造出能够长时间自主运行的机器人。
挑战和注意事项
尽管这些微型机器人具有令人兴奋的潜力，但仍存在一些挑战。一个主要问题是扩大这些设备的生产规模，同时保持精度和可靠性。机器人构造的复杂性带来了重大的制造障碍，需要克服这些障碍才能广泛应用。
此外，在现实环境中控制这些机器人也带来了巨大的挑战。虽然目前的研究证明了通过外部电线进行控制，但开发这种规模的无线控制和供电系统仍然是一个重大障碍。
伦理问题也需要考虑，尤其是在考虑潜在的生物医学应用时。在人体内使用微型机器人会引发有关安全性、长期影响和患者同意的重要问题，这些问题需要谨慎处理。
底线
康奈尔大学研究人员开发出可变形微型机器人，标志着机器人技术和材料科学领域的一个重要里程碑。通过巧妙地运用剪纸原理来创建元片结构，这一突破开辟了一系列潜在应用，从革命性的医疗程序到先进的环境监测。
尽管制造、控制和伦理考量方面仍存在挑战，但这项研究为“弹性”材料等未来创新奠定了基础。随着这项技术的不断发展，它有可能重塑多个行业和我们更广泛的技术格局，再次证明微观尺度上的进步如何对科学和社会产生巨大影响。
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