今年3月，国际顶级学术期刊《科学·机器人学》报道了一种可以在溶液中工作的微型电控微型机器人“纸鹤”。这项研究的第一作者是来自康乃尔大学的中国学者刘庆坤。 　　微米到底有多小？一根头发的直径约为50~100微米，这个电控微型机器人的直径约为一根头发。这么小的机器人是怎么工作的？看着这个“纸鹤”，不难发现，想要它动起来，只需要可控地弯曲“翅膀”和“躯干”之间的连接部分（以下简称连接部分），就相当于“纸鹤”挥舞着翅膀。也就是说，连接部分是核心。而且这个核心部分其实是铂金的（下面换成了Pt）！ 　　当然，这里的铂金和生活中用来做首饰的铂金还是有些区别的。打磨成首饰的铂金很大，肉眼可见，而这个微型纸鹤里的铂金是纳米级的。纳米是长度单位，是千分之一微米，远小于肉眼的观察极限。一根头发的直径约为50，000纳米。接头处的Pt实际上是7 nm厚的Pt薄膜，这个薄膜生长在一个惰性层上。由于铂膜本身和惰性层之间的特定应力，铂膜会弯曲。氧化铂膜会消除应力，使膜变得水平。如果能控制Pt薄膜氧化还原，薄膜就能从弯曲状态循环变化到水平状态，进而实现纸鹤扑翼的功能。 　　那么，如何控制Pt薄膜的氧化还原过程呢？该微型机器人工作在溶液环境中，是实现铂薄膜可控氧化还原过程的关键。将铂膜放入溶液中（学者 刘清坤  使用磷酸盐缓冲溶液），并在膜上施加正电压。溶液中的氧离子会在电场的驱动下吸附在Pt膜表面，进一步与膜发生氧化反应，形成PtOx（这里由于氧化膜中Pt和O的比例无法确定，无法给出确切的比例，所以用PtOx表示，也就是说氧原子的比例未知）。相反，当对薄膜施加负电压时，薄膜会发生还原反应，氧离子回到溶液中，PtOx又回到Pt状态。通过实验探索，研究人员最终选择了1.1V和-0.5V来控制Pt薄膜的氧化还原过程。而且这个过程的响应速度极快，只需要100毫秒左右。这么高的微型机器人很难实现批量生产吗？其实不是，因为这个机器人是用现有的微电子加工技术制造出来的。换句话说，如果你想批量生产这个机器人，现有的芯片制造公司可以做到。 　　微型机器人在微环境检测、医学等领域都具有重要的应用意义，可以辅助医生在人体内部进行手术；协助患者将含有特定成分的药物送到体内指定位置；帮助人们探索无法进入的微环境，如核事故现场。未来，我们希望微型机器人有更广阔的应用空间，给我们的生活带来更多的便利。

       在EPFL实验室中的一千个新开发的微型机器人，将很快部署在智利和美国的两台大型望远镜上。这些高精度仪器能够将光纤定位在1微米以内，将大大增加可收集的天体物理学数据的数量，并扩大我们对宇宙的了解。宇宙正在扩展，但是还有很多我们不知道的地方。传播速度有多快？为什么要加快过程，而重力应该将它们吸引到一起呢？暗物质和暗能量起什么作用？得益于EPFL设计的微型机器人，这些问题（对于当前的天体物理学研究至关重要）可能很快就会找到答案。       预计由EPFL科学家开发的这些微型机器人将使我们收集的天体物理学数据的数量和质量激增，从而扩展我们的知识。它由1,000个微型机器人组成，这些机器人最近制造并交付给了俄亥俄州立大学。随着时间的推移，它们将被装配到两架望远镜上：位于卡内基科学研究所的智利Las Campanas天文台的Irénéedu Pont望远镜，以及位于新墨西哥州阿帕基点天文台的Sloan Foundation望远镜，这是国际Sloan Digital Sky的一部分。        机器人将用于自动定位数百根光纤，以将望远镜对准太空中的物体。主要目标将是我们自己的银河系中的恒星。通过测量恒星的光度，科学家们可以计算出附近有黑洞或星团一部分的星系的“红移”（即发射光波长的增加），并确定它们的距离。这些测量结果将有助于充实SDSS的3D宇宙恒星和星系图。制造过程中的一些微型机器人。       到目前为止，SDSS望远镜中的光纤都是手动放置的，这是一项艰巨而艰巨的任务，需要极高的精度。为了使望远镜能够观察天体，需要将数百根光纤放置在一块巨大的铝板上的孔中。没有错误的余地：每根光纤都必须定位到最接近的微米，以确保图像清晰对焦。按照目前的方法，要选择目标恒星并设计，制造和钻孔板块需要一个月的时间，然后将这些板块分配到天文台。然后，经验丰富的双手需要45分钟才能正确放置上千根光纤。更重要的是，在夜晚观察时，需要20分钟才能切换板，在此期间望远镜处于脱机状态。SDSS-V项目负责人Juna Kollmeier表示，瑞士机器人通过数量级的数量级扩展了这一过程，从而开启了大规模光谱时域探索的可能性。       定位机器人有望于今年秋天和明年年初在斯隆望远镜上投入使用，届时，观测到的恒星数量增加一倍和三倍。除了灵活性和准确性方面的巨大进步外，还希望大大增加我们可以观察到的物体的数量，这将使我们能够缩短观测时间，并使我们可以瞄准的恒星和星系的数量增加一倍或两倍。我们还将能够使用光谱学来观察可变宇宙的元素，例如爆炸的恒星。       该计划由EPFL的Astrobots小组牵头，该小组旨在促进天体物理学和机器人领域之间的协同作用。自2013年以来，这个跨学科小组一直在开发机器人系统，以提高天文观测的效率。到2019年末，该小组已经与密歇根大学和伯克利大学紧密合作，已经帮助建立了5,000个用于暗能量光谱仪（DESI）的机器人，该仪旨在更好地理解暗能量。       毫无疑问，DESI和SDSS将会扩大天文学家和天体物理学家的视野，从而在未来几年中形成更丰富，更详细的宇宙图。但这仅仅是开始：EPFL科学家已经在努力开发新一代的小型，同样坚固的微型机器人。这1,000个机器人在EPFL进行了设计和认证，并由瑞士公司Micro Precision Systems（MPS）使用Faulhaber提供的微电机建造和组装。来源：贤集网

       3月1日消息，苏黎世联邦理工学院（ETH）的研究表明，使用超声波可以在微型蜂群中驱动和操纵微型磁珠机器人对抗血流流动。瑞士的研究人员通过超声波创造了磁动力微型机器人，可以逆着血流成群传播。        心血管疾病死亡率和致残率高，严重威胁着人类健康。大尺寸血管的血栓可置管溶栓，而对微血管血栓却束手无策。随着医疗机器人趋于微型化，有望为微血管血栓清除提供新手段。微型机器人在人体中处于低雷诺数环境，需要提供连续的外部驱动力来实现驱动。       苏黎世联邦理工学院的团队使用由氧化铁和直径为3微米的聚合物制成的磁珠，磁场使这些颗粒聚集成直径为15至40微米的机器人蜂群。苏黎世联邦理工学院机械与工艺工程系教授丹尼尔·艾哈迈德（Daniel Ahmed）和布拉德利·纳尔逊（Bradley Nelson）领导的团队研究了这种在细玻璃管中的磁驱动行为。玻璃管的直径为150至300微米，与肿瘤血管的大小相似。       为了推动微群对抗管中的水流，ETH研究人员使用了与在河上划独木舟的人相同的方法。抱住船的侧面意味着水流比河中间慢。科学家首先使用特定频率的超声波，将微珠簇引导到靠近管壁的位置。然后，研究人员切换到旋转磁场，以推动群体逆流而行。下一步是探索微载体在动物血管中的反应。“由于超声波和磁场都能穿透人体组织，因此我们的方法非常适合控制体内的微车，”艾哈迈德教授说。       这一研究方向，为超微创血栓清除提供了一种新型医疗手段， 未来将积极推进这一成果转化应用。该技术可用于显微外科手术，例如疏通阻塞的血管，或通过血管将抗癌药物传递至肿瘤并将其直接释放到肿瘤组织中。此外，该技术未来将可以药物从血管转移到大脑组织中。来源：贤集网

       小型机器人设计中最具挑战性的部分可能是如何为其供电。插头或电池为大多数机器人供电，但是，想要制造微型机器人的设计人员必须找到电力的替代方案，因为电池和电线体积庞大且占用大量空间。RoBeetle符合该标准。它是由甲醇驱动的微型昆虫状微型机器人（重量不到1克的机器人），不需要电池，电线或电磁场！甲醇是防冻剂和溶剂中的一种，它也可以用作液体燃料。       甲醇作为燃料，每单位体积比电池拥有更多的能量，在小规模情况下甚至更多。从理论上讲，由甲醇驱动的微型机器人比电动机器人具有更大的自主权。RoBeetle的身体是可以容纳95毫克甲醇的油箱。空时仅重88毫克。它的角是可以帮助其携带小东西的钩子。它可以牵引重量高达其2.6倍的物体。充满的水箱大约需要155分钟才能完全蒸发。       RoBeetle可以浏览各种表面，包括泡沫，玻璃和混凝土。它也可以爬上斜坡。它以每秒0.76毫米（每小时2.736米）的速度运动。这意味着它在一个满满的甲醇罐中可以行驶约7.068米。它有四个支腿–前支腿连接到变速箱，后支腿固定在适当的位置。传动装置与张紧的板簧相连，以向后拉动腿，因此机器人可以在不行走时直立。       该执行器是一个镍钛合金线系统，覆盖在RoBeetle腿中嵌入的铂粉中。该涂层有助于加快甲醇蒸气燃烧产生热量的速度，从而导致电线变长。电线冷却后，它们会变短。这个周期驱动着机器人的运动。导线本质上是根据温度收缩和放松的人造肌肉。如果微风在其身上流动，微型机器人可以走得更快。这是因为穿过SMA线的空气使系统冷却更快，并且吹走了通风孔周围的残留甲醇，从而更彻底地终止了反应。       机器人的结构设计使用纯机械系统调节甲醇的流量。团队解释：滑动通风口连接到变速箱的方式是该机器人的真正聪明之处，因为这意味着金属丝本身的运动用于调节通过纯机械系统的燃料流量。这是微型机器人迈出的重要一步，但是仍然存在一些未解决的问题。RoBeetle不能转向，只能向前移动，其速度无法控制或调节，并且会不停地走直到燃料耗尽或破裂。意思是，一旦您填充了油箱，它就可以运行了，您无法停止它，除非您手动清空水箱。       这只是RoBeetle的开始，因此科学家将致力于解决所有这些问题并弄清楚如何加油，以便机器人可以继续运转更长的时间。假设他们可以执行所有操作，并为RoBeetle编程以与其人工操作员进行通信。在那种情况下，甲醇驱动的微型机器人有朝一日可以协助复杂的手术，充当人工授粉者等等。来源：贤集网

       微型机器人可以让医生无需进行高度侵入性的手术就可以进入人体内的特定区域，从而在医学领域带来新一轮的创新。除此之外，这些微型机器人还可以用来携带药物、基因或其他物质到身体内的特定部位，为治疗不同的疾病开辟了新的可能性。       苏黎世ETH和赫尔姆霍兹研究所Erlangen–Nürnberg可再生能源研究所的研究人员最近开发了微型纳米机器人，其灵感来自生物微型游泳者（例如细菌或精子）。这些小型机器人发表在《自然机器智能》上的一篇论文中，它们具有上游运动的能力，这本质上意味着它们可以自主地向与流体（如血液）流动相反的方向移动。这使得它们特别有希望介入人体内部。       “我们相信，在我们的多学科研究中讨论的想法可以改变医学的许多方面，使任务，如有针对性和精确的药物或基因的交付，以及促进非侵入性手术。”丹尼尔艾哈迈德说道。       艾哈迈德和他的同事开发的仿生和无线微/纳米机器人系统利用墙壁的无滑移边界条件向上游移动，对外部触发的声场和磁场做出响应。通过逆流向上游游动，机器人可以将小的药物分子输送到身体内部特别难以到达的部位。       在仿生系统中，由于旋转磁场的偶极-偶极相互作用，注入毛细血管的超顺磁性粒子自组装成旋转的微流体。由于存在声压节点（标记为黑色虚线），微温器被边缘化，朝向墙壁。       外场感应机器人是一个很有吸引力的概念，因为它们不需要车载电源或复杂的运动部件，这意味着它们可以缩小到纳米级的分辨率，艾哈迈德说此外，声场和磁场对人体都是安全的，都是非侵入性的，可以深入人体，在临床环境中也很发达。       通过将声场和磁场结合起来，研究人员设计的机器人系统可以帮助克服在其他基于单驱动技术的人工微型游泳者身上观察到的一些问题。此外，由于微型/纳米机器人对外界施加的磁场作出响应，因此不需要车载电源或高度复杂和昂贵的组件。       艾哈迈德解释说：“通常情况下，注射的微小药物会跟随血管系统的血流，而对循环系统几乎没有控制。然而，最近的研究结果表明，许多自然产生的微小颗粒，如细菌和精子，通过利用壁的非滑动边界条件，表现出对流动的推动作用。上游运动成为可能，因为墙的速度最小。”       图像序列显示了在声场和磁场的联合作用下，一个微小的温热毛细管沿着毛细血管壁滚动的流变性。反向流动的流线由青色、绿色和红色轨迹表示。       迄今为止，微型或纳米机器人在医学中的应用受到限制，特别是在血管系统（即血液和淋巴流经全身的血管）中。其中一个原因是，在血管系统中工作的机器人应该很容易以非侵入性的方式进行控制，并且应该能够朝着血液流动的相反方向移动，这两个特征到目前为止被证明是相当难以实现的。       艾哈迈德和他的同事们开发的新机器人系统具有这两个特性，因为它能够实现上游运动，并且使用外部施加的声磁场进行控制。在未来，这项最新的研究将为实施靶向手术或通过血管系统将物质输送到体内特定部位开辟新的令人兴奋的可能性。      艾哈迈德说：“大鼠、小鼠和斑马鱼等小动物模型的血流速度在几毫米-1之间。我们现在计划将我们的群微机器人系统与适当的成像模式结合起来，在小动物体内可视化和导航机器人。逆血流推进的能力为肿瘤血管系统靶向治疗的应用提供了令人兴奋的机会。”类似白细胞的微型机器人       斯图加特马克斯·普朗克智能系统研究所（MPI-IS）的一组科学家发明了一种微型机器人，它类似于一个白血球在循环系统中移动。它具有白细胞的形状、大小和移动能力，可能会彻底改变疾病的微创治疗。       在实验室环境中模拟一条血管，研究小组成功地在这种动态密集的环境中用磁力引导微辊。球形给药载体经受住了模拟的血液流动，使靶向给药的发展更进一步：在人体内部，没有比循环系统更好的进入所有组织和器官的途径。它横跨每一个细胞，提供了一个理想的路线导航。       研究小组的灵感来自免疫系统的工作组白细胞，因为白细胞是血流中唯一的运动细胞。在他们巡逻到病原体侵入的地方时，他们沿着血管壁滚动，当他们到达一个有问题的地方时，就会穿透血管。其运动的关键主要是由于血管壁的流速大大降低。       利用同样的现象，科学家们开发了一种微型机器人，由于它的磁性，在生理高速血流条件下，它们可以在血管内主动推进和导航。“我们的愿景是创造下一代的微创靶向药物载体，这种载体可以到达身体内更深的组织，比以前更难到达的路径。”MPI-IS物理情报部主任、该出版物的最后一位作者Metin Sitti说。他进一步阐述说，传统的治疗方法在体内存在非特异性药物分布，可能会在非靶器官和组织中造成严重的副作用。       每个微辊直径略低于8微米，由玻璃微粒制成。一面覆盖着一层薄薄的镍和金膜，另一面覆盖着抗癌药物分子和能够识别癌细胞的特定生物分子。利用磁场，我们的微型机器人可以在模拟的血管中向上游导航，这对于强大的血液流动和密集的细胞环境是一个挑战。目前的微型机器人都无法抵挡这股气流。此外，我们的机器人可以自主识别感兴趣的细胞，如癌细胞。它们之所以能做到这一点，是因为它们的表面有一层细胞特异性抗体。他们可以在移动过程中释放药物分子。他是物理情报部门的博士后研究员，也是该出版物的联合主要作者。       在实验室环境中，这种微型滚筒的速度可以达到每秒600微米，大约每秒76个身体长度，代表了这种尺寸下最快的磁性微型机器人。然而，在现实场景中执行此动作之前，需要解决几个挑战。事实上，它们还远没有在人体内得到检验。在实验室里，研究小组能够用显微镜给机器人成像，并用电磁线圈引导它们。       “然而，目前临床上的成像方式分辨率还不足以成像人体内的单个微型机器人。此外，考虑到微型机器人（约10微米）与靶组织（数千微米）之间的尺寸差异，单台微型机器人运输的治疗货物是不够的。因此，在一个群体中对大量的微型机器人进行控制操作是产生足够效果的必要条件。但我们还远远没有做到这一点，这只是个开始。”Ugur Bozuyuk说，他是同一个系的博士生，也是这项研究的共同负责人。       在过去的二十年里，由于在微机械的制造技术、所用材料、驱动和成像方面的许多飞跃，研究领域得到了加速。然而，目前人体内的微型机器人大多局限于浅表组织（例如眼睛内）、相对容易进入的位置（例如胃肠道）和停滞或低速流体环境。要到达身体内部更深的位置，可能没有办法绕过循环系统，尽管条件非常恶劣。科学家们希望，他们开发的生物启发策略将有助于创造一个新的场所，在高速血流条件下，在循环系统中控制微型机器人的导航。这将有可能为微型机器人的靶向和局部治疗提供铺平道路。来源：贤集网

      微型机器人激光转向末端执行器可用作现有内窥镜系统的微附件，用于微创手术。越来越多的医生开始使用外科手术激光切割，清创和烧灼组织。而且，在将激光与另一种主要医学趋势（微创手术）结合使用时，手术团队需要通过一个很小的切口来操纵激光。       一种新型的激光转向机电微型机器人可以使内窥镜手术变得更容易，更精确。尺寸仅为6毫米×11毫米的小型设备可放入现有的内窥镜手术设备中，并通过光纤连接传输辐射。先前在微创外科手术工具的末端控制激光分为两大类：光纤操纵和光学操纵。在前者中，主要组件是磁铁和电磁线圈，或者有时是电缆或推拉杆，会物理弯曲光纤的尖端；后一种方法是使用反射镜或棱镜引导激光束从光纤末端射出。两种方法都有其缺点，第一种方法具有有限速度或运动范围，第二种是小型化。      为了克服这些挑战，美国哈佛大学的Peter A. York和Robert J. Wood领导的研究人员设计了一种激光转向系统，该系统集成了压电弯曲致动器和三个微型旋转镜。激光束通过光纤进入微型机器人，梯度折射率准直透镜使光束变窄并对齐。在设计设备时，团队假设此时光束的宽度为1毫米。微型平凸透镜聚焦光，固定镜以90度角反射光。光路上的下一个是可控反射镜，它将光束引导到手术部位。微型机器人激光操纵末端执行器的尺寸激光制造，模块化组装       为了制造这种设备，哈佛大学的研究人员将现成的零件与他们使用激光微加工工具制造的定制设计组件结合在一起。为了将各个部分放在一起，团队需要开发一种新的模块化组装技术，该技术将简化设备未来版本的组装过程。科学家仅用低功率的红色激光指示器演示了概念验证微型机器人。该团队目前正在努力将激光转向技术与现代手术中使用的大功率激光器（最常见的是二氧化碳激光器）类型相集成。来源：贤集网

  普渡大学的工程师们创造了一个小小的长方形机器人，它的身材只有几根人类的头发那么宽，下图中这个黑色末端的小长方形装置就是它。这款小小的机器人可以通过在结肠中做端部翻转的动作，并且已经在活体动物模型中进行了演示。  这款机器人被设计用来运送药物，并通过翻转的方式让它在人类结肠的粗糙地形中移动。该机器人还能够通过侧向翻转而不是端向翻转来行驶。该机器人旨在将药物直接输送到目标部位，以消除使用其他输送方法可能导致的药物脱发或胃出血等副作用。  该研究展示了微型机器人首次在体内翻越生物系统。这种微型机器人太小，无法携带电池，因此它在人体外部通过磁场供电和无线控制。研究人员David Cappelleri表示，当团队应用旋转的外部磁场时，机器人可以像汽车轮胎一样在崎岖的地形上滚动。  磁场可以安全地穿透不同的介质，包括人体。研究人员选择使用结肠进行活体实验，是因为它有一个容易进入的点。对小机器人来说，这是一次艰难的航行，因为它要逆着结肠的流体和材料反方向行驶。  磁性机器人可以不顾条件在结肠中移动，团队使用活的小鼠结肠进行实验，小鼠处于麻醉状态，微型机器人通过直肠插入生理盐水溶液中，研究人员则利用超声波设备实时观察了这一过程。（文章来源于机器人在线网）

  随着中国人的生活水平日渐提高，日常中，健康问题在生活中的优先级也越来越高。除了常规体检以外，像胃镜、肠镜这些更“深入”的项目。也因此，其中的痛苦也为越来越多人所知。  近日，利兹大学(University of Leeds)领导的一个国际科学家小组一群科学家在12年的研究过后，成功在改进肠镜的工作中取得了突破。其意义还不仅于此，通过机器人，仪器可以在人体内精确到达医生想去的位置，活检或内部组织检查的效率将大大提高。这项研究发表在10月12日的科学杂志《自然-机器智能》上。  过去做结肠镜检查对于有些人来说，这个过程会造成巨大的不适，有些病人甚至需要做全麻才能进行。而在最新研究中，他们只需要将一个连着细细电缆的小型胶囊状设备放进去，然后在电脑上设定目标。接下来，患者体外带有磁铁的机械臂就会自动动作起来，引导同样带有磁力的“胶囊”在患者体内精确移动到位。  研究人员称，与传统的结肠镜检查相比，这种方法的痛苦要小得多。研究人员还专门研发了一套自动化系统，可以让机械臂完全自动到位，也可以在操作员控制的情况下半自动运作，同时也有纯手动模式。  在实验室模拟过程中，10名非专家人员被要求在20分钟内将胶囊送到结肠内的某一点。结果，半自动模式精确度达到100%，自动模式也有96%，而纯手动模式只有58%。在这套系统的帮助下，医生进行结肠镜检查的效率将高得多。实际上，这个自动化系统才是本次研究的精髓，因为这种设备早有设想，但根据联合领导这项研究的利兹大学博士研究员詹姆斯·马丁(James Martin)所说，因为操作体外机械臂不太很直观，阻碍了其发展。  这种设备将在明年或2022年初开始使用。开发更容易操作、病人痛苦更小的侵入式检查系统意义重大。监督研究的利兹大学机器人和自主系统教授皮耶特罗·瓦尔达斯基(Pietro Valdastri)说：“这标志着结肠镜检查的普及迈出了重要的一步，这对于早期发现结直肠癌至关重要。”  结直肠癌是全球第3大最常见癌症，预计2018年有180万新病例。它也是全球女性癌症死亡的第3大原因，而男性则是第2大原因。低收入和中等收入国家的结直肠癌发病率正在上升，而在高收入国家，尽管总体上呈现稳定或下降的势头，但是细分来看，年轻患者的结直肠癌发病率是在上升的。    根据美国癌症协会去年底发表在《肠道》杂志的研究结果，在36个国家中，50岁以下患者的早发性结直肠癌发病率在14个国家保持稳定，在3个国家(意大利，奥地利和立陶宛)下降，在19个国家中上升。在3个国家(塞浦路斯、荷兰和挪威)，无论是年轻人和老年人的发病率都在上升，而年轻人的增长率是老年人的2倍。最值得一提的是，我们的邻国韩国早发性结直肠癌发病率每年增长达4.2%，世界最快。  要检测结直肠癌，最有效的方法就是做结肠镜，不过，美国洛约拉大学卫生系统科学家此前还研究了一种更简便的设备。他们直接将2个微型相机装在胶囊设备里，让患者吞下。当胶囊穿过消化道时，它就会捕获图像，并将其无线传输到患者佩戴在皮带上的记录仪上。在患者将胶囊排出后，医护人员就可以采集其中的样本进行研究。（文章来源于机器人在限网）