正如著名物理学家理查德·费曼 (Richard Feynman) 所阐明的那样，创建模仿生物体能力的分子微型机器人是纳米技术的梦想。实现这一目标存在许多挑战。其中最重要的一项是在水中产生定向自推进力。

由 Kageyama Yoshiyuki Kageyama 助理教授领导的由北海道大学的三名科学家组成的团队成功地创造了一种利用自连续往复运动进行推进的微晶。

他们的研究结果发表在《Small 》杂志上（“水中光动力微型晶体挡板的自推进”）。

（顶部）一系列光学显微照片，显示了本研究中一个合成微型机器人的运动；（底部）鳍随时间移动的表示。（©小）

微型机器人的梦想由来已久，几十年来一直在科幻小说中提及，并随着纳米技术的兴起而普及。这些机器人的一个方面是自我推进，即能够自我可持续地移动自己。实现这一目标有两个主要挑战：第一个是制造可以相互变形的分子机器人，第二个是将这种变形转化为分子机器人的推进力。

Kageyama 的小组建立在他们之前解决了第一个挑战的研究的基础上——创造可以相互变形的分子机器人。然而，正如爱德华珀塞尔的扇贝定理所解释的那样，微小的物体通常不能将它们的往复运动转换为渐进运动。

在目前的研究中，科学家们进行了下一步，成功地在运动仅限于二维的实验系统中实现了分子机器人的自推进；在这个系统中，粘性阻力各向异性地起作用，使其弱到可以忽略不计。

合成的微型机器人在二维坦克中推进自己。(CC BY 4.0 Yoshiyuki Kageyama)

微型机器人由蓝光驱动，驱动一系列反应导致鳍翻转和推进。由于反应的性质，运动不是连续的，而是间歇发生的；此外，分子机器人还展示了三种不同推进方式中的一种：“中风”式，鳍在前；“踢”式，鳍在后面；或“侧划”风格，鳍在一侧。机动性受鳍面积和仰角的影响；单个水晶以不同的方向和风格推动自己。

然后，科学家们创建了一个计算最小模型，以了解影响二维坦克推进力的变量。他们能够确定鳍长度、鳍比率和仰角是影响推进方向和速度的关键变量。

结果表明，微小的挡板可以在密闭空间引起的各向异性的帮助下游泳，这可能会刺激对分子机器人的研究。类似的机制可能存在于特定条件下的小型水生生物的运动中，例如在鸡蛋内。