“當物體很小時，它們就容易粘在一起，”一名NIST（美國國家標準技術(shù)研究院）智能系統(tǒng)部門的機器人研究者杰森·戈爾曼（Jason Gorman）說。NIST合作組織了一項微型機器人的年度競賽，吸引了來自世界各地的眾多組織團體。“已被發(fā)明的多種移動方法都著眼于克服或利用這一特性。”
目前，大多數(shù)用來推、拉這些微型機器的控制方法都是利用磁場。這種方法已經(jīng)能夠使它們快速游走于一枚硬幣的表面，推動微小物體或者在血管里游動。然而，這些系統(tǒng)通常需要安裝復(fù)雜的線圈以產(chǎn)生電磁場或者專門的組件，而且讓這些機器人執(zhí)行任務(wù)也會比較困難。
杜克大學計算機科學及生物化學教授布魯斯·唐納德（Bruce Donald）則另辟蹊徑，正在研發(fā)一種能夠?qū)﹄妱葑龀龇磻?yīng)并通過電極陣列由電力供能的微型機器人。如今，他和其他研究者們已經(jīng)證明，他們能夠控制一組這樣的微型機器人組成較大的造型。他們對每個機器人的設(shè)計都做了些調(diào)整，因而它們每個對不同電壓都會有不同的反應(yīng)，最終產(chǎn)生復(fù)雜的群體行為。
“一個恰當?shù)谋确骄褪?，我們有許多可以遠程控制的汽車，但僅有一個遙控器。”加州大學伯克利分校的博士后科學家伊戈爾·帕普洛蒂尼（Igor Paprotny）在上周哈佛大學的一次演講中說到（他是該項目的領(lǐng)導(dǎo)者之一）。演講期間，他向大家展示了一個容器，里面盛放有一片指甲大小的晶圓。在那上面有超過100個微型機器人。
“我們所做的就是對輪子的轉(zhuǎn)向方式做稍許改動，”他說，“有著相當簡單行為的設(shè)備，可被設(shè)計成在施加全局控制信號時表現(xiàn)出些許不同行為。這可以允許一系列非常復(fù)雜的行為組合。”這種機器人擁有一個被稱作刮板式驅(qū)動器的致動器，它可以根據(jù)電極陣列提供的電壓不同而產(chǎn)生彎曲。當釋放電壓時，它就向前移動，行動方式類似一只尺蠖。但機器人行為各異的關(guān)鍵在于從致動器中伸出的手臂。微型機器人身上的一條轉(zhuǎn)向臂會對一定電壓做出響應(yīng)而向下壓，在表面拖動并使機器人轉(zhuǎn)向。通過每秒上抬下壓轉(zhuǎn)向臂一兩次，該團隊便可以控制某個機器人的轉(zhuǎn)向幅度。為控制一個群組，該團隊為每個機器人設(shè)計了一條對特定電壓信號會做出不同反應(yīng)的手臂。計算機算法改變電壓序列，從而促使機器人以復(fù)雜的方式運動。
“靜電機器人所擁有的一項優(yōu)勢在于它們的能源是由微型機器人所處的電極陣列提供的，”戈爾曼說。“這非常簡潔。因此，靜電機器人能夠被嵌入到其他東西里（像電腦芯片）。對于電磁機器人，你必須提供電磁場，而且那需要更大的裝置。”其他人已經(jīng)致力于研究靜電機器人了，他補充說，但這一項目走得最遠。
“他的研究在多機器人控制方面非常前沿，”蘇黎世聯(lián)邦理工學院機器人專家佐爾坦·納吉（Zoltan Nagy）說。他與一些團隊合作研究了名為Magmites的機器人電磁控制項目。
“目前該項目一直是在控制單個能夠在基板上預(yù)訂范圍內(nèi)運動的機器人，”戈爾曼補充說。“然而，許多有意義的應(yīng)用都會需要控制眾多機器人，就像一群螞蟻。”
至今，帕普洛蒂尼已經(jīng)能夠每次在一個表面上控制4個機器人了，并且這些機器人每秒能夠移動相當于其身長數(shù)千倍的距離，在已提交審核的論文里有詳細敘述。他的下一個計劃是使該裝置適應(yīng)液態(tài)環(huán)境以使微型機器人可以將生物組織部件組裝成仿生模型。
“我們正試圖提出一種自組裝的組織單元，”哈佛醫(yī)學院布里格姆女子醫(yī)院（Brigham and Women"s Hospital at Harvard Medical School）的副教授阿里·卡丹赫沙尼（Ali Khademhosseini）說到。他同時也是一位組織工程學專家，正與帕普洛蒂尼合作。“在人體中，組織是以層次方式組成各單元不斷復(fù)制自身從而形成更大的組織結(jié)構(gòu)。”例如，肌肉組織就是由細小纖維構(gòu)成，而肝臟組織則是由重復(fù)的六邊形組成。
卡丹赫沙尼已經(jīng)將細胞包裹在像果凍一樣的水凝膠里并把他們（利用包括液態(tài)空氣交互和表面張力的方法）組裝到不同區(qū)域以模仿生物組織。但他們認為自組裝微型機器人將會為制造組織提供更多控制。
“我們可以嘗試在精密加工的系統(tǒng)中將細胞和材料合成在一起，產(chǎn)生出新的結(jié)構(gòu)，并利用伊戈爾發(fā)明的技術(shù)把它們以特殊方式組合起來，”卡丹赫沙尼說。
在用并行方法構(gòu)造一個組織的不同部分的基礎(chǔ)上，他設(shè)想制造凝膠和細胞。“我們可以使用機器人進行組裝，”他說。“一旦被組裝好，來自機器人的細胞會讓細胞進一步重新排列，使物體酷似自然組織。”最初，他希望制造小片心臟組織，然后是像心肌和瓣膜，并把它們一起組裝到心臟里去。“那正是前進的方向，”他說，“但當前的挑戰(zhàn)是，我們?nèi)匀贿€不善于將這些獨立部分做好。”
