荷兰莱顿大学（Leiden University）的研究团队近日开发出一类无需传感器、软件或外部控制的微型机器人。这些微米尺度的链状结构能够自主游动、感知障碍物并在复杂环境中导航，其行为完全源于自身的物理形态及其与周围环境的相互作用。该成果已发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）。

柔性结构实现“无脑”智能

来自莱顿物理研究所（LION）的Daniela Kraft教授与博士后研究员Wei Mengshi共同设计了这种由柔性连接段构成的链状微型机器人，并使用Nanoscribe公司的高精度微纳3D打印机完成制备。每个结构单元的尺寸为5微米，其中关节连杆仅为0.5微米。研究人员表示，这一精度已接近当前3D打印技术所能达到的极限。作为参照，人类头发的直径约为70至100微米。

Kraft教授指出：“像蠕虫和蛇这样的动物在运动过程中会不断调整自身形态，这有助于它们适应环境。宏观机器人同样利用柔性来实现功能。然而，此前微型机器人要么是小型刚性结构，要么是大型柔性结构。我们希望在实验室中实现兼具小型化与柔性的微型机器人。”

形态与运动的持续反馈

当施加电场时，这些链状结构开始以约每秒7微米的速度游动。研究团队观察到一种持续的反馈循环：机器人的形态影响其运动方式，而运动反过来又改变其形态，最终呈现出类似生物的响应特性，且完全无需内置电子元件。

Kraft教授解释道：“我们发现机器人的形态与运动之间存在持续的反馈：形态影响运动方式，而运动又会改变形态。因此，这种微型机器人能够感知环境对其身体的影响并做出反应，呈现出类似生命的特征。这意味着我们无需微观电子元件就能集成智能能力。”

Wei Mengshi补充道：“当我们的微型机器人遇到障碍物时，它会自动寻找另一条路径。当两个机器人相遇时，它们会自然地彼此远离。”

生物医学应用前景

研究团队指出，靶向药物递送、微创手术及诊断是该技术的潜在应用方向。Kraft教授表示，当前的首要任务是深入理解其物理机制。“我们需要充分理解这种动态功能行为是如何涌现的。这些知识将帮助我们开发更先进的微型机器人与设备，同时也有助于更好地理解生物微游泳体与有机体的物理特性。”

技术意义

该研究展示了微纳3D打印技术在制造复杂柔性结构方面的潜力。通过将智能行为嵌入物理形态而非依赖电子元件，这类“无脑”微型机器人为开发适用于人体内部等受限环境的新型医疗设备提供了全新思路。据了解，研究团队后续将进一步探索如何通过形态设计实现对机器人行为的精准调控，以推动其向实际应用转化。