“如果你足够小，在水中推进就像在焦油中前进一样。” 宾夕法尼亚大学电气与系统工程助理教授马克·米斯金如此描述微尺度机器人面临的环境挑战。他和合作者研制的微型机器人，尺寸仅为200×300×50微米，却能在这样的环境中自主感知、思考并行动。

近日，这项刊登于《科学机器人》和《美国国家科学院院刊》的研究，由宾夕法尼亚大学和密歇根大学的科学家共同完成。这些机器人不仅是迄今为止最小的全编程自主机器人，更标志着微尺度自主机器人的关键技术障碍被攻克。

01 颠覆性设计

机器人的微型化之路上，传统机器人设计面对微尺度环境的物理定律几乎失效。重力与惯性让位于粘滞阻力与表面张力，常规的微小机械臂和腿极易断裂，也难以制造。

研究团队放弃了模仿宏观生物运动方式的设计思路，转而利用微尺度物理特性。这些机器人没有可动部件，而是通过电极产生电场，推动周围液体中的带电离子运动，离子再带动水分子形成流动。

“就像机器人在一条移动的河流中，”米斯金解释，“但这条河正是机器人自己创造的。”这种方式使机器人能够改变方向、遵循复杂路径，甚至像鱼群一样协调运动，最高速度可达每秒一个身长。

02 智能集成

让如此微小的机器人实现真正的自主性，意味着必须将感知、决策、动力和计算系统集成在一个比盐粒还小的空间内。

密歇根大学的团队贡献了关键的计算解决方案。该团队此前保持着“世界最小计算机”的纪录。当米斯金和大卫·布劳在五年前DARPA的一次展示中相遇时，双方立刻意识到彼此技术的互补性。

集成过程面临两大核心挑战：能量限制和空间约束。机器人的太阳能电池板只能产生75纳瓦的功率，仅为智能手表的十万分之一。

工程师设计了专门在极低电压下运行的电路，将能耗降低超过1000倍。同时，他们彻底重构了软件编程模式，将传统上需要多条指令的推进控制浓缩为单条专用指令。

03 感知与通讯

完成的机器人系统包含完整的处理器、内存和传感器，能够感知环境并独立响应。

机器人内置的电子温度传感器可检测三分之一摄氏度的微小变化，使它们能够朝向温暖区域移动，或报告可作为细胞活动指标的温度值。

更巧妙的是，研究人员为这些微小机器人设计了一种独特的通讯方式。“我们设计了一种特殊的计算机指令，将测量值编码在机器人表演的‘小舞蹈’摆动中。” 布劳解释道。研究人员通过显微镜和摄像机观察这些舞蹈，从中解码机器人传递的信息。

每台机器人都具有唯一地址，研究人员可上传不同指令至不同单元，使它们在更大规模的联合任务中各司其职。

04 应用前景

这项技术突破了微型机器人领域持续40年的瓶颈。过去的微型机器依赖电线、磁场或外部控制，而这是首批在此尺度下真正自主和可编程的机器人。

这些与许多微生物尺寸相当的机器人，未来可能在医疗监测、细胞操作和微纳制造领域发挥重要作用。它们能够检测细胞尺度上的温度变化，辅助工程师组装微型设备。

由于无需可动部件，这些机器人异常耐用，可反复使用微量移液器在不同样本间转移而不受损。在LED光源持续供能下，机器人能够连续工作数月。

机器人研发团队并未止步于此。他们将这项成就视作“仅仅是个开始”。

通过光刻技术，这些微型机器人可大规模生产，每台成本仅约一美分。灵活的平台设计为未来集成更多传感器、更复杂程序及更强环境适应性提供了可能。

正如米斯金所言：“我们已经证明，你可以将大脑、传感器和马达集成到一个几乎看不见的微小物体中，让它生存并工作数月。一旦有了这个基础，就可以叠加各种智能和功能。”

来源：宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院;题目：《科学家创造出比一粒盐还小、能够思考的机器人》;发表于： ScienceDaily(2026年1月6日)。