近日，英国《自然·通讯》杂志报道，美国斯坦福大学的科学家开发了一种可转动的无线水陆两用毫米机器人。据悉，该机器可在陆地和水中使用，能利用磁铁和折纸折叠的方式进行多方向旋转移动。

该机器人截面直径为7.8毫米，由三角构成的空心圆柱体折纸和附着的磁铁盘组成。它能通过折纸的折叠能力做出滚动、翻转和旋转等多种动作，在多种环境中都可实现无阻碍移动。此外，它还可执行多种任务，包括在液体中进行药物传递和定向固体货物运输等。

在科学家的测试中，该机器人能够在多种地形和环境内快速移动，在水中它也可以进行游动。在液体中时，它可以无线方式推动自身前进，并运送液态药物。

科学家表示，现有的折纸机器人设计系统复杂，功能性也不全面。而且，现有折纸机器人的运动模式有限，无法同时实现在陆地和水中的移动。而科学家新研究的这种两栖机器人结构设计巧妙，只需利用折纸的可折叠性就能控制机器人的变形和移动。

在接下来的研究中，科学家将继续缩小机器人规模，从而进一步展开微尺度研究。科学家希望，在未来，毫米机器人能作为一种微创装置，切实服务于医疗诊断和治疗。

那么，毫米机器人的发展历史和现状如何呢？

从科幻到现实

人们对微纳米机器人的畅想早已有之。20世纪60年代，科幻电影《神奇旅程》就描述了被缩小到只有细胞大小的“微型潜艇”进入人体内的冒险之旅。现实世界中，科学家对能够在毫米、微米甚至纳米尺度执行特定操作的机器人的研究也从未止步。

1959年，诺贝尔奖得主、理论物理学家理查德·费曼首次提出微型医用机器人的概念。将电子器件微型化以生产细胞大小的机器人一直是人们追求的目标，但由于缺乏合适的微米级致动器系统，该技术一直受到限制。

米级蜘蛛机器人

2018年，哈佛大学成功制作了一种多功能毫米级蜘蛛机器人，灵感来自于澳大利亚小孔雀蜘蛛。

2016年，哈佛大学的研究人员展示了一种受章鱼启发的世界第一个软体机器人，名叫Octobot。那是一个彰显极简主义的机器人设计，目的在于向外界展示:在当时，这样的软体机器人是可以成为现实的。研究人员称,此次的新成果蜘蛛机器人是Octobot项目的明确进展，原来的Octobot有巴掌大小，而现在的蜘蛛机器人已经缩小到了毫米级。

两者都是完全独立的软体机器人，没有硬电子元件，没有电池或计算机芯片，并且也不需要连接到计算机就可以自主移动。不同的是，Octobot章鱼机器人内置的是燃料储存系统，而蜘蛛机器人没有刚性部件，完全是从微流体系统中获得动力实现各种能力的。在蜘蛛机器人的主体内部是一个薄的中空管系统，通过向该系统泵送特种液体，可以驱动其四肢。

蜘蛛机器人全身仅由硅橡胶制成，和Octobot章鱼机器人一样，都为无色，当研究人员用其他管子填充有色液体时，可以使蜘蛛的眼睛变亮，使其呈现出更加丰富多彩的腹部图案，就像真正的孔雀蜘蛛一样。

将液体泵入腿部的通道也可以使其“行走”。虽然目前的机器人本身并没有为任何实际目的做好准备，但该团队表示，这更像是MORPH生产方法的概念验证。MORPH生产方法是研究人员开发出的一种制造设备的新方法，全称为Microfluidic Origami for Reconfigurable Pneumatic/Hydraulic。哈佛大学威斯学院的Donald Ingber 表示，MORPH方法可以为那些更专注于医疗应用的研究人员开辟软体机器人领域，这些机器人较小的尺寸和灵活度可以为内窥镜和显微外科提供全新的方法。

而之前的Octobot章鱼机器人内部搭建的是微流体逻辑电子回路，可控制铂粉对燃料的催化作用，该化学反应将为其提供动力。通过微流体控制器，Octobot以过氧化氢为燃料，产生大量气体，气体交替释放进入机器人触手，这时 Octobot 看上去就像是在跳舞，不停地上下摆动触角，并在这个过程中实现自身的移动。Octobot 只需一毫升的过氧化氢液体燃料就可移动长达 8 分钟左右的时间。

首个0.1毫米机器人

得益于与现有硅电子器件兼容的一类新型制动器（使机器人移动的部件）的发展，2020年，美国宾夕法尼亚大学的Marc Miskin及其同事创建了一个行走的微型四脚机器人“大军”，这是首个0.1毫米机器人。相关成果8月26日在线发表于《自然》。

研究人员展示了一类新型电化学致动器，克服了这个问题。这些致动器构成了机器人的腿，其尺寸小于0.1毫米（约为人的头发宽度），当受到激光刺激时，就会弯曲，产生行走动作。作者在一块4英寸的硅片上制造了超过100万个行走机器人。

这些机器人由板载硅太阳能电池驱动。作者表示，它们是已知的第一个尺寸小于0.1毫米的机器人，其中板载电子装置用于控制驱动。它们很坚固，能在高酸性环境和较大温度变化中生存下来，并且可以通过皮下针头注射，为探索生物环境内的应用带来了可能。

纳米级的“微型千纸鹤”

2021年，包括中国科学家在内的国际团队研发出一种比发丝直径还小的“微型千纸鹤”，在电压的作用下，不到一秒就可以自动从平面折叠完成。作为一种大小只有几十微米的新型微型驱动器，这种充满想象力的千纸鹤是微纳米机器人研发领域的又一突破，有助于未来在微纳米水平上完成复杂而精细的工作。

微纳米机器人的发展现状

目前，国际上对微纳米机器人的尺寸还没有统一的严格定义。科研人员通常将机器人本体尺寸介于1毫米至1厘米间的称为毫米机器人，介于1微米至1毫米间的称为微米机器人，介于1纳米至1微米间的称为纳米机器人，后两者统称为微纳米机器人。微纳米机器人的研究属于多学科前沿交叉领域，机器人学、材料学、物理学、化学、生物学、医药学等学科的新发展都会为微纳米机器人的发展提供动力。

微纳米机器人由于尺寸太小，在研制过程中主要面临三方面挑战：能源、驱动和控制。不同于宏观机器人，微纳米机器人无法外接电线或携带电池为其供能，也不能装载电机来产生运动。此外，在微观环境中，如何观察及无线遥控微纳米机器人按指令运动及作业，也是需攻克的难题。针对这些问题，科学家已开展的微纳米机器人研究主要包括磁驱动、光驱动、热驱动、化学驱动微纳米机器人以及微生物机器人等。

微纳米机器人主要由微纳米材料加工制备而成，其结构有球形、圆饼形、螺旋形、笼子形、仿细菌形等；而微生物机器人则是利用微生物细菌、藻类细胞或白细胞等作为微米机器人，结合其自身运动特性及外部刺激来控制其运动。

得益于超小的尺寸，微纳米机器人能够进入传统设备无法到达的微观环境中运动及执行操作。比如，微纳米机器人可进入微流控芯片内对微结构进行微操作及装配，进入生物体自然腔道或血管内进行探测和药物递送，甚至进入单个细胞内部来测量细胞核的杨氏模量。微纳米机器人还可以“协同作战”，科学家可控制其群体改变构型穿过狭小管道，抵达靶向位置释放药物。目前，微纳米机器人已成为科研人员探索微观世界新现象和新机理的助手，不过其结构仍较为简单、功能有限。

未来，如果微纳米机器人能达到类似生物细胞内分子机器的复杂程度和功能，它们有望帮助人类进行DNA分子编辑、从分子层面上治疗疾病，由微观向宏观构建物质结构，甚至开发出新型生物能源。微纳米机器人的发展，一方面需要各相关学科不断取得突破，另一方面也要“师法自然”，从自然界和生活的奇妙智慧中不断获得灵感。

来源：科技创新直通车，人民网，中国科学报，机器人大讲堂