日本北海道大學(xué)理學(xué)院科學(xué)家成功開發(fā)出世界上第一個利用集群策略工作的微型機器人，首次證明分子機器人能夠通過采用集群策略完成貨物遞送，運輸效率是單個機器人的5倍。這一發(fā)現(xiàn)20日發(fā)表在《科學(xué)·機器人》雜志上。

　　群體機器人學(xué)是一門新學(xué)科，其靈感來自于生物體的合作行為，它專注于機器人的制造及其在群體中完成復(fù)雜的任務(wù)的應(yīng)用。群體是多個個體的有序集體行為。宏觀規(guī)模的群體機器人已被開發(fā)并用于各種應(yīng)用，如運輸、堆積貨物、建造復(fù)雜結(jié)構(gòu)等。

　　多個微型機器人可協(xié)同執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)，從而增加系統(tǒng)冗余度和擴展性，提高任務(wù)執(zhí)行效率。然而獨立控制多個由外界磁場驅(qū)動的微型機器人具有挑戰(zhàn)，因為全局磁場中的多個微型機器人受到的磁場信號是相同的，難以實現(xiàn)選擇性地獨立驅(qū)動多個微型機器人中的某一個。

　　該研究提出一種新穎的多個磁驅(qū)動微型機器人完全解耦的獨立控制策略，可實現(xiàn)獨立控制4個微型機器人分別去往不同目標(biāo)位置，以及控制3個微型機器人分別跟蹤不同的參考路徑。

　　一群相互合作的機器人獲得了單個機器人所沒有的許多特性，它們可以劃分工作量，應(yīng)對風(fēng)險，甚至可以創(chuàng)建復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來應(yīng)對環(huán)境的變化。由于微米和納米級的微型機器人太小了，因此它們幾乎沒有實際應(yīng)用。但如果它們能夠“結(jié)群”合作，潛在用途將大大增加。

　　微型機器人有大作用的。美國加利福尼亞州一家初創(chuàng)企業(yè)表示，把微型機器人送入人類顱骨深處以治療腦部疾病長期以來一直都是科幻小說的內(nèi)容，但這可能很快將成為現(xiàn)實。Bionaut實驗室公司去年獲得了美國食品和藥物管理局（FDA）的審批，這為治療丹迪-沃克綜合征以及惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤的臨床試驗鋪平了道路。惡性神經(jīng)膠質(zhì)瘤這種腦腫瘤在醫(yī)學(xué)上一般被認(rèn)為是無藥可救的絕癥。

　　在治療腦部膠質(zhì)瘤時，微型機器人將被用來直接向腦腫瘤注射抗癌藥物，以實現(xiàn)對病灶的精準(zhǔn)打擊。施皮格爾馬赫說，現(xiàn)有治療方法包括用藥物“轟炸”全身，這不僅會給機體帶來嚴(yán)重的副作用，還可能造成療效喪失。此外，微型機器人還可以在大腦內(nèi)部進行測量并收集組織樣本。擁有約30名員工的Bionaut實驗室公司與合作伙伴就利用該技術(shù)治療帕金森氏癥、癲癇和中風(fēng)等大腦疾病進行了討論。

　　施皮格爾馬赫說：“據(jù)我所知，在設(shè)計此類帶有明確臨床試驗?zāi)康漠a(chǎn)品上，我們是第一個做出商業(yè)努力的。但我覺得我們不會是唯一一個這樣做的……這一領(lǐng)域正在逐漸火起來?！?/p>

　　此前，利用納米技術(shù)，科學(xué)家們創(chuàng)造了一種新設(shè)計的神經(jīng)形態(tài)電子裝置，賦予微型機器人以彩色視覺。為微型機器人開發(fā)一種微尺度的照相機，可以讓機器人進入目前手段無法觸及的狹窄空間，并在醫(yī)療診斷、環(huán)境研究、制造業(yè)、考古學(xué)等方面開辟新的前景。這種生物仿生“電眼”推進了顏色識別，這是最關(guān)鍵的視覺功能，在目前的研究中，由于普遍的顏色傳感設(shè)備難以降級，因此錯過了這個功能。

　　傳統(tǒng)的顏色傳感器通常采用橫向的顏色傳感通道布局，消耗了大量的物理空間，而且提供的顏色檢測精度較低。研究人員開發(fā)了獨特的堆疊技術(shù)，為硬件設(shè)計提供了一種新方法。德瓦爾斯半導(dǎo)體賦能的垂直色彩傳感結(jié)構(gòu)提供了精確的色彩識別能力，可以簡化人工視覺系統(tǒng)降維的光學(xué)鏡頭系統(tǒng)的設(shè)計。

　　微型機器人的發(fā)展，是建立在大規(guī)模集成電路制造技術(shù)基礎(chǔ)上的。微驅(qū)動器、微傳感器都是在集成電路技術(shù)基礎(chǔ)上用標(biāo)準(zhǔn)的光刻和化學(xué)腐蝕技術(shù)制成的。兩者之間不同的是集成電路大部分是二維刻蝕的，而微型機器人則完全是三維的。微型機器人和超微型機器人已逐步形成一個牽動眾多領(lǐng)域向縱深發(fā)展的新興學(xué)科，它的影響力度是相當(dāng)高的。