微型无人驾驶机器人

大多数合成材料，包括电池电极、聚合物膜和催化剂中的合成材料，随着时间的推移而降解，因为它们没有内部修复机制。如果你可以在这些材料中分配自主的微型机器人，那么你可以使用微型机器人从内部不断进行修理。

化学工程副教授凯尔·毕晓普实验室的一项新研究提出了一种微型机器人的策略，它可以感知物质缺陷的症状，并自主地导航到缺陷现场，在那里可以执行纠正措施。这项研究发表在2019年12月2日的“物理评论研究”上。

游泳细菌通过整合化学传感器和分子马达来寻找高营养浓度的区域，就像一辆自动驾驶汽车，它使用来自相机和其他传感器的信息来选择适当的动作来到达目的地。研究人员试图通过使用化学燃料或其他能量输入推动的小颗粒来模拟这些行为。虽然环境中的空间变化（例如燃料浓度）可以起到物理定向作用，从而指导粒子的运动，但这种导航有其局限性。

毕晓普说：“现有的自动推进粒子更像是由缠绕的铁轨机械操纵的失控列车，而不是由感官信息自主引导的自动驾驶汽车。“我们想知道，我们是否能够设计出带有物质传感器和执行器的微型机器人，它们更像细菌一样导航。”

毕晓普的团队正在开发一种基于变形材料的微型机器人自主导航编码的新方法。环境的局部特征，如温度或pH，决定了粒子的三维形状，进而影响其自行运动。通过控制粒子的形状及其对环境变化的反应，研究人员模拟了如何设计微型机器人来向上或向下游动刺激梯度，甚至那些太弱而不能被粒子直接感觉到的机器人。

“我们首次展示了响应性材料如何作为微型机器人的车载计算机，它比人类毛发的厚度要小，可以编程自主导航。”这项研究的合著者、博士永斗说。毕晓普实验室的学生。“这种微型机器人可以执行更复杂的任务，例如分布式感知材料缺陷、自主运送治疗性货物以及按需修理材料、细胞或组织。”

毕晓普的团队现在正在建立实验，用液晶弹性体和形状记忆合金等变形材料，在实践中演示他们对微型机器人的理论导航策略。他们期望实验将证明，刺激反应，形状变化的微粒可以利用传感和运动之间的工程反馈来自主导航。

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