作者:康奈尔大学大卫·纳特
一张扫描电子显微镜图像显示了一个细胞大小的机器人游泳者，它可以被超声波驱动和操纵
学分:康奈尔大学 一些工程师从鸟类飞行的力学和蜜蜂巢的建筑中找到灵感
其他人的想法要小得多
由康乃尔大学农业与生命科学学院生物与环境工程教授吴明明领导的一个团队创造了细胞大小的机器人，这些机器人可以由超声波驱动和控制
尽管它们的体积很小，但这些微型机器人游泳者——其动作受到细菌和精子的启发——有朝一日可能成为靶向给药的强大新工具
该团队的论文《超声波远程控制的生物启发微型机器人游泳者》于9月19日发表
22在芯片实验室，皇家化学学会的出版物
该论文的主要作者是前博士后研究员陶洛
十多年来，吴的实验室一直在研究微生物，从细菌到癌细胞，如何迁移和与环境交流
最终目标是创造一种可以在人体内导航的遥控微型机器人
“我们现在可以制造比鸟类更好的飞机
但是从最小的尺度来看，有很多情况大自然比我们做得好得多
例如，细菌经过数十亿年的进化，完善了它们的做事方式，”吴说
“这让我们认为我们实际上可以设计出类似的东西
如果你能把药送到目标区域，比如癌细胞，那么你就不会有那么多副作用
" 吴说，它们更具独创性的特点是，细菌能在一秒钟内游出其体长的10倍，精子能逆水行舟
吴的研究团队最初试图设计并3D打印一个微型机器人，模仿细菌利用鞭毛推进自身的方式
然而，就像早期的飞行员一样，他们笨重的飞机像鸟一样无法飞行，这种努力失败了
当罗加入吴的实验室时，他们开始探索一种不那么字面的方法
主要的障碍是如何给它供电
由于人必须先爬行才能行走，微型机器人在游泳前需要通电
吴说:“细菌和精子基本上消耗周围液体中的有机物质，这足以为它们提供能量。”
“但对于工程机器人来说，这很困难，因为如果它们携带电池，对它们来说太重了，无法移动
" 这个团队突然想到了使用高频声波的想法
因为超声波是安静的，它可以很容易地在实验实验室环境中使用
作为额外的奖励，这项技术已经被美国临床研究所认为是安全的
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食品与药物管理局
康奈尔大学的科学家创造了细胞大小的游泳机器人，可以被超声波控制
学分:康奈尔大学 然而，团队被制造过程难倒了
罗与美国康乃尔纳米科技设施()合作，试图用光刻技术制造一个原型，但这很耗时，而且结果无法使用
当CNF购买了一种新的激光光刻系统，称为纳米光刻，通过在光敏树脂上直接书写来创建三维纳米结构时，这个项目得到了至关重要的推动
这项技术使研究人员能够轻松地在微米尺度上调整他们的设计，并快速产生新的迭代
在六个月内，罗创造了一个三角形的微型机器人游泳者，看起来像一只昆虫与一艘火箭船交叉
游泳者最重要的特征是背部刻有一对洞
因为它的树脂材料是疏水的，当机器人被浸没在溶液中时，一个微小的气泡会自动被困在每个空腔中
当超声波传感器对准机器人时，气泡会振荡，产生漩涡——也称为流动——推动游泳者前进
康奈尔大学的科学家创造了细胞大小的游泳机器人，可以被超声波控制
学分:康奈尔大学 其他工程师此前已经建造了“单泡”游泳者，但康奈尔大学的研究人员率先开发了一种使用两个气泡的版本，每个气泡在各自的空腔中有不同直径的开口
通过改变声波的共振频率，研究人员可以激发气泡——或者将它们调谐在一起——从而控制游泳者被推向哪个方向
未来的挑战将是让游泳者具有生物相容性，这样他们就可以在大致相同大小的血细胞中导航
未来的微型游泳者还需要由可生物降解的材料组成，这样就可以同时发送许多机器人
正如只有单个精子才能成功受精一样，体积是关键
“对于药物输送，你可以有一组微型机器人游泳者，如果一个在旅途中失败了，这不是问题
这就是自然生存的方式，”吴说
“在某种程度上，这是一个更强大的系统
较小并不意味着较弱
他们中的一群是不可战胜的
我觉得这些受大自然启发的工具通常更具可持续性，因为大自然已经证明了它的有效性
"
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