如何自動駕駛微型機器人

大多數合成材料，包括電池電極，聚合物膜和催化劑中的合成材料，由于沒有內部修復機制，會隨著時間而降解。如果您可以在這些材料中分發自主微型機器人，則可以使用微型機器人從內部連續進行維修。化學工程學副教授凱爾·畢曉普(Kyle Bishop)實驗室的一項新研究提出了一種微型機器人策略，該機器人可以感知材料缺陷的癥狀并自動導航到可以執行糾正措施的缺陷位置。該研究發表在2019年12月2日的《物理評論研究》上。

游泳細菌通過集成化學傳感器和分子馬達來尋找營養成分高的區域，就像自動駕駛汽車一樣，該自動駕駛汽車使用來自攝像頭和其他傳感器的信息來選擇合適的動作來到達目的地。研究人員試圖通過使用由化學燃料或其他能量輸入推動的小顆粒來模仿這些行為。盡管環境中的空間變化(例如，燃料濃度)可以使粒子物理定向并由此引導其運動，但這種導航方式有局限性。

畢曉普說：“現有的自走式粒子更像是一列由鋼軌機械操縱的失控火車，而不是由感官信息自動引導的自動駕駛汽車。” “我們想知道我們是否可以設計帶有材料傳感器和致動器的微型機器人，這些傳感器可以像細菌一樣進行導航。”

Bishop的團隊正在開發一種新的方法，該方法基于變形的材料對微型機器人的自主導航進行編碼。環境的局部特征(例如溫度或pH)確定了粒子的三維形狀，進而影響了粒子的自推進運動。通過控制粒子的形狀及其對環境變化的響應，研究人員對微型機器人如何設計成能夠在刺激梯度上游泳或下潛(甚至是太弱而無法被顆粒直接感受到的)進行建模。