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一支由數百萬個機器人組成的“微型大軍”,每個和頭發絲差不多粗細,造價還不到一毛錢,卻擁有自己的完整“大腦”,能在你的指尖上自主思考、甚至為了尋找熱源而“變道超車”——這不再是科幻電影的狂想,而是剛剛發生的現實!
2025年12月10日,一項可能改寫人類微觀操控歷史的研究成果,登上了機器人領域的頂級刊物《Science Robotics》。由賓夕法尼亞大學(Marc Z. Miskin教授和密歇根大學團隊聯手打造的這款微型機器人,標志著人類首次成功制造出集感知、計算、行動于一體的“細胞級”自主機器。這不是那種還要插著電線、或者需要你拿著磁鐵在外面吸著走的“偽”微型機器人,而是真正意義上的自主智能生命體
更讓人細思極恐的是,造這玩意兒的成本,可能比你掉在地上的硬幣還便宜。
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▲ 微型機器人和硬幣上的字
01 它是如何“欺騙”物理學的?
當你把東西縮小到微米級別時,物理世界的規則就變了。
在這個尺度下,水對于機器人來說,粘稠得就像蜂蜜一樣。以前那些在宏觀世界里好使的輪子、螺旋槳,在這里統統失效。所以,過去四十年來,科學家們雖然把芯片做小了,但始終造不出能自主運動的微型機器人。
直到這個小家伙的出現。
它的大小只有約210微米寬,還沒有一只草履蟲大。把它放在指紋的脊線上,就像一輛車停在巨大的山脈上。但就在這令人窒息的微小空間里,科學家硬是塞進了一個完整的中央處理器(CPU)、存儲器(RAM)、溫度傳感器、光伏電池(電源)和驅動系統。
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它是怎么動的?它沒有腿,也不靠機械馬達。它利用了一種叫做動電推進(Electrokinetic Propulsion)的黑科技。
簡單說,它通過身體上的電極向周圍液體發射微弱的電流,像磁懸浮列車操縱磁場一樣操縱周圍的離子。這些離子被電場拖拽著移動,順便帶著周圍的液體流動,反作用力就把機器人推向了前方。
沒有機械磨損,安靜,高效,而且像幽靈一樣順滑。
02 麻雀雖小,五臟俱全的“大腦”
以前的微型機器人大多是“傀儡”,需要外部的大型設備(如超聲波或磁線圈)來指揮。如果切斷聯系,它們就是一粒死沙子。
但這款機器人是個“學霸”。
為了給它裝上大腦,研究團隊挑戰了極限。他們使用55納米的半導體工藝,在只有幾百微米的硅片上刻蝕出了數千個晶體管。
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最要命的是能量。這個小家伙全身的功耗必須控制在100納瓦(nW)以內——這大概就是一個生物細胞的能量消耗水平。如果你的手機擁有這種能效比,充一次電估計能用一萬年。
為了省電,科學家甚至重新設計了計算機的指令集。它不像我們要敲幾行代碼才能動一下,它的一條指令就濃縮了“感知環境”或“移動N步”的復雜操作。
有了這個大腦,它就不再是死物,而是一個硅基的“微生物”
03 甚至通過“跳舞”來匯報工作
在這個微觀世界里,機器人并沒有Wi-Fi或藍牙。那它怎么跟人類交流?
研究人員給它設計了一種極其原始又極其浪漫的通訊方式——身體語言
在實驗中,機器人被設定為檢測環境溫度。當它測出數據后,它不會發短信,而是通過改變自己前腿和后腿的電極極性,在顯微鏡下跳出特定的“舞步”(曼徹斯特編碼)。人類通過攝像頭捕捉它的運動軌跡,就能解碼出它測到的溫度,精度竟然達到了驚人的0.3攝氏度
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這就像蜜蜂通過“8字舞”告訴同伴花蜜在哪里一樣,這些硅基小人兒正在用舞姿向造物主匯報微觀世界的秘密。
04 最震撼的實驗:像細菌一樣“活著”
如果說上面的功能還只是“機器”,接下來的實驗就真的有點像“生命”了。
科學家在水里制造了一個冷熱不均的環境(熱梯度),然后告訴機器人:去找暖和的地方。
沒有任何外部遙控,機器人開始了自己的旅程。它先是原地旋轉(感知模式),當發現周圍變冷時,它立刻自主切換到“巡航模式”(畫弧線前進),直到它游到了更溫暖的區域,才滿意地停下來繼續轉圈。
當科學家壞心眼地把熱源位置調換后,機器人愣了一下,馬上反應過來,掉頭繼續追逐熱量。
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這種趨熱性”(Taxis),原本是細菌等單細胞生物為了生存才進化出的本能。現在,在一塊沒有生命的硅片上,我們復刻了這種本能。
05 7分錢的未來
為什么說這是顛覆性的?除了技術,最關鍵的是造價
因為它是基于標準的半導體光刻工藝制造的,就像印報紙一樣,一張晶圓上可以同時印出成千上萬個機器人。根據論文估算,量產后每個機器人的成本僅為1美分(約合人民幣0.07元)
你可以想象一下這個驚人的未來:
- 醫療領域:喝下一杯含有數萬個機器人的液體,它們分散到你的毛細血管中,尋找炎癥或腫瘤,然后通過“聚集”來堵截癌細胞,或者精準釋放藥物。
- 材料科學:它們像工蟻一樣,在微觀尺度上搬運原子或分子,組裝出人類現有技術無法制造的新材料。
當然,目前的它還只能在過氧化氫溶液里游泳,離進入人體血液還有一段距離。但正如研究者Marc Miskin所說:我們已經證明,你可以把大腦、傳感器和馬達塞進一個肉眼幾乎看不見的東西里,并且讓它活下來。
微型機器人的“寒武紀大爆發”,或許就從這7分錢開始。
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參考文獻:
- Lassiter, M. M., et al. (2025).Microscopic robots that sense, think, act, and compute. Science Robotics, 10(137), eadu8009.
- Miskin, M. Z., et al. (2020).Electronically integrated, mass-manufactured, microscopic robots. Nature.
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