德國科研團(tuán)隊(duì)在微型機(jī)器人領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，成功開發(fā)出名為“smartlets”的智能微型機(jī)器人集群。這些邊長約1毫米的立方體機(jī)器人不僅能在水中自主運(yùn)動，還能通過光信號實(shí)現(xiàn)群體通信與協(xié)同作業(yè)，為未來微型機(jī)器人技術(shù)開辟了全新方向。該成果已發(fā)表于《科學(xué)·機(jī)器人學(xué)》期刊，標(biāo)志著分布式智能系統(tǒng)進(jìn)入微觀尺度應(yīng)用階段。

研究團(tuán)隊(duì)從折紙藝術(shù)中汲取靈感，通過應(yīng)力工程實(shí)現(xiàn)平面結(jié)構(gòu)的自組裝。每個機(jī)器人主體由多層聚合物堆疊而成，包含光敏剛性層、水凝膠鉸鏈和犧牲層。當(dāng)犧牲層被選擇性溶解后，預(yù)應(yīng)力驅(qū)動平面結(jié)構(gòu)卷曲成中空立方體，有機(jī)太陽能電池自動卷成直徑200微米的管狀結(jié)構(gòu)，連接鉸鏈則精確折疊成90度角。這種三維結(jié)構(gòu)使內(nèi)外表面均得到充分利用：八條邊緣部署卷曲式太陽能電池，內(nèi)部集成硅芯片、微型LED和光電探測器，外部預(yù)留對接接口。

能源系統(tǒng)設(shè)計堪稱精妙，微型有機(jī)太陽能電池在標(biāo)準(zhǔn)光照下可產(chǎn)生37.5微瓦功率，完全滿足系統(tǒng)16-33微瓦的功耗需求。核心處理器采用180納米工藝制造的CMOS芯片，睡眠模式功耗僅0.16微瓦，活躍模式也不超過6.3微瓦。氣泡發(fā)生器通過電解水產(chǎn)生氫氧氣泡調(diào)節(jié)浮力，使機(jī)器人能像潛水艇般自由升降。實(shí)驗(yàn)顯示，單個機(jī)器人可通過調(diào)節(jié)氣泡產(chǎn)生速率精確控制運(yùn)動軌跡，整個過程無需外部控制線纜。

群體通信機(jī)制借鑒摩爾斯電碼原理，每個機(jī)器人配備不同顏色的微型LED發(fā)射器和光電二極管接收器。在4毫米通信范圍內(nèi)，它們能以1-1000赫茲頻率傳輸數(shù)據(jù)，通過獨(dú)特身份識別碼實(shí)現(xiàn)個體尋址。測試中，以200赫茲頻率發(fā)送的指令僅被預(yù)設(shè)機(jī)器人接收執(zhí)行，其他個體保持靜止。這種精確控制能力為構(gòu)建復(fù)雜集群系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，未來可實(shí)現(xiàn)任務(wù)分工與協(xié)同作業(yè)。

自組裝技術(shù)突破體現(xiàn)在表面張力驅(qū)動的對接機(jī)制。研究人員在立方體外表面設(shè)計親水-疏水圖案，當(dāng)兩個機(jī)器人相遇時，互補(bǔ)圖案會在表面張力作用下自動吸引對接。通過精心設(shè)計圖案組合，多個機(jī)器人已成功拼出T、U、C等字母形狀。這種模塊化設(shè)計使不同功能單元可按需組合，例如傳感器單元與計算單元對接后，即可形成環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

制造工藝融合微納加工技術(shù)，整個流程包含60余個精密步驟。芯片連接采用創(chuàng)新的固液互擴(kuò)散焊接技術(shù)，在10微米銅層和5微米錫層真空回流形成穩(wěn)定焊點(diǎn)，既降低接觸電阻又承受折疊應(yīng)力。這種技術(shù)使140微米見方的硅芯片可靠集成到柔性系統(tǒng)中，為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電子功能提供可能。堿性溶液中的自折疊過程通過pH值精確控制，確保折疊速度與形態(tài)穩(wěn)定性。

實(shí)際應(yīng)用場景已展開探索，醫(yī)療領(lǐng)域可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)藥物遞送與微創(chuàng)診斷。這些生物相容性機(jī)器人能通過血管抵達(dá)病灶，根據(jù)化學(xué)信號自主釋放藥物或采集組織樣本。環(huán)境監(jiān)測方面，分布式機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)可實(shí)時檢測水質(zhì)參數(shù)、污染物濃度和微生物活動，通過光信號傳遞數(shù)據(jù)形成完整環(huán)境圖譜。天然湖水測試證實(shí)，機(jī)器人能在真實(shí)環(huán)境中穩(wěn)定工作，未來計劃集成化學(xué)能源拓展應(yīng)用范圍。

研究團(tuán)隊(duì)正開發(fā)化學(xué)與聲學(xué)傳感模塊，提升環(huán)境感知能力。優(yōu)化后的微處理器將支持更復(fù)雜決策算法，使機(jī)器人具備基礎(chǔ)學(xué)習(xí)能力。長期目標(biāo)指向“微型機(jī)器人生態(tài)學(xué)”研究，當(dāng)不同功能機(jī)器人共存時，其相互作用網(wǎng)絡(luò)可能揭示生命系統(tǒng)組織原理。這種從個體智能到群體智慧的跨越，正在重新定義微型機(jī)器人的技術(shù)邊界與應(yīng)用潛力。