微型機(jī)器人有了新“導(dǎo)航”

美國Livescience網(wǎng)站3月6日文章，標(biāo)題：這些微型機(jī)器人遵循與愛因斯坦相對論相同的數(shù)學(xué)原理，有望啟發(fā)未來能夠在人體內(nèi)運(yùn)行的醫(yī)療機(jī)器人 一項(xiàng)最新研究將愛因斯坦相對論的數(shù)學(xué)原理與機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合，為未來醫(yī)療機(jī)器人開辟了全新可能。微型機(jī)器人，即尺寸小于一毫米的裝置，已成為當(dāng)前機(jī)器人領(lǐng)域最活躍的研究方向之一。它們可以執(zhí)行諸多精細(xì)任務(wù)：進(jìn)入人體定向給藥、清理水體污染物，或是在微觀尺度雕刻材料。但機(jī)器人尺寸越小，功能就越受限。傳感器、電池和處理器都需要空間和能源，導(dǎo)致現(xiàn)在的微型機(jī)器人幾乎無法進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算或信息處理，使其計(jì)算、傳感和運(yùn)動(dòng)能力都受到嚴(yán)重限制。

面對這一難題，研究人員提出了新思路：讓機(jī)器人不再依賴復(fù)雜指令或持續(xù)監(jiān)控，而是直接對光、化學(xué)物質(zhì)等外部環(huán)境刺激作出響應(yīng)。當(dāng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置接收到不同強(qiáng)度外界刺激時(shí)，它會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向。外部環(huán)境就成了機(jī)器人的控制系統(tǒng)。但設(shè)計(jì)能引導(dǎo)機(jī)器人復(fù)雜行為的“場”非常困難。近日，一項(xiàng)發(fā)表在英國《npj Robotics》期刊上的新研究突破了這一瓶頸。研究者發(fā)現(xiàn)，這些機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方程與愛因斯坦相對論存在呼應(yīng)。根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論，引力會(huì)使有質(zhì)量的物體周圍的時(shí)空發(fā)生彎曲。光和物體沿著最短路徑運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些路徑看起來會(huì)因質(zhì)量而彎曲。于是研究人員提出“人工時(shí)空”框架：通過精心設(shè)計(jì)環(huán)境的光線來引導(dǎo)機(jī)器人行為。也就是借助簡單光線環(huán)境即可讓機(jī)器人精準(zhǔn)抵達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)顯示，投影儀在機(jī)器人移動(dòng)的平板上生成照明圖案后，光強(qiáng)度的變化形成控制場，能引導(dǎo)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)、波浪式前進(jìn)或按特定角度轉(zhuǎn)向。

這項(xiàng)研究提出了一種新視角：不再改造機(jī)器人本身，而是改變它們移動(dòng)的空間。這種策略讓微型機(jī)器人可以穿越復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)，同時(shí)降低機(jī)器人對存儲(chǔ)和計(jì)算資源的需求。（作者尤金尼奧·費(fèi)爾南德斯·阿吉拉爾，李堯譯）▲