(摩尔定律是指:当价格不变时 , 集成电路上可容纳的元器件的数目 , 约每隔18~24个月便会增加一倍 , 性能也将提升一倍 。 由戈登·摩尔在1965年提出 , 目前快要到达瓶颈 。 )
这是迷你机器人的基础 , 也是当前所有智能机器的基础 。
我们可以想象 , 没有腿的机器人是什么样的 。 不错 , 就是你手中的智能手机那个样子 。 这才15年不到 , 它就掌控了整个世界 , 不仅相当智能 , 通信功能一流 , 而且一只手就可以掌握 。 里面的元件多到数不胜数 , 要放到显微镜下才能将芯片上的电路看清 。
康奈尔大学的这款迷你机器人的头 , 也跟它差不多 , 就像一个细胞级的智能手机 , 配备了专门的应用程序 , 尺寸也比正常手机足小了上万倍 。 它被称为光学无线集成电路(OWIC) 。 其上有小型的太阳能电池 , 如果把光照射在上面 , 就会激活一小块电路 , 驱动迷你LED屏幕 , 实现与外界交流 。 就像萤火虫一样 。
微型机器人的头部 , 一个光学无线集成电路 , 可被光照激活 。 |MarcMiskin, et al
很酷的一点是 , 我们有不同的OWIC , 搭配不同的传感器(将不同信号转换成电信号) , 有的可以测电压 , 有的可以测温度 , 或者有的只是一个闪烁的光点 , 告诉你它就在那里 。 这些OWIC作为微型安全智能标签 , 识别度比指纹还好 。 所以也被应用于其他医疗器械 , 用于获取更多信息 , 甚至可以被放进大脑 , 来倾听神经元 , 并通过LED闪烁将信号传出去 。
不过 , 这只是一个“头” , 没有腿 , 不能移动 。 要成为一个真正有行动力的机器人 , 还得有腿才行 。
所以 , 科学家们在此基础上 , 给它开发出了一组会动的腿 , 或者我们可以称它——致动器 。 在显微镜下观察 , 可以看到它会在电压下蜷缩 。
这些腿是如此细小 , 和迷你头部正好相配 , 以至于红细胞放在旁边 , 就像筷子边放了一个面包圈一样 。 肉眼当然是别想看到了 。
科学家给OWIC配的腿 , 本来是直的 , 但是加电压后会蜷缩 。 |MarcMiskin, et al
原始的条带状的腿 , 伸缩动图 。 |MarcMiskin, et al
它是怎么动的呢?原来 , 动力来自于腿上沉积的铂层——大概十几个原子层厚 。 如果把铂放进水中 , 并施加电压 , 水中的原子就会吸附或脱离铂的表面——这取决于电压高低——从而产生力 。 借助吸附或驱赶铂表面的原子层 , 就可实现对腿的动作的控制 , 因为腿只有一面是铂层 , 另一面是钛或其他材料 。
由于这些条带状的腿非常薄 , 所以可以反复弯曲伸直而不会断裂 。 研究人员还在此基础上用坚硬的板子(刚性聚合物)制作出了图案 , 其间隙就像是人的膝盖和脚踝 , 使得腿的弯曲能够预期 , 可做出想要的动作 。
微型机器人模拟图 , 注意看它的腿 , 条带上有小硬片 。 |MarcMiskin, et al
这样 , 一个既有头、又有脚的迷你小机器人就出现了 。 它既有思想、又有驱动力 。 OWIC就是它的大脑 , 为我们提供传感器和电源(将光转化为电压) , 还能通过光来和我们互动 。 铂层就是肌肉 , 可以让机器人四处走动 。 只要把激光投射在OWIC的不同太阳能板上 , 产生电压 , 就能选择要驱动哪条腿移动 , 从而让它行走起来 。
使用光刻技术实现批量生产
但这项研究更妙的不是机器人有多么小巧灵活 , 而是 , 它可以批量生产 , 一下就是几百万个 。
你会以为 , 这些头和脚要分开制造 , 再拼接起来 。 实际上并非如此 。 它是使用光刻技术 , 就像制造传统芯片一样 , 类似逐层打印 , 先在晶片上一起“印”制好 , 再用化学药品从底部基质上“抠”下来的 。 头和腿可以同时打印 , 一“印”就是几百万个 , 一“抠”就是一个机器人军团 。 它们在离开基质后 , 自由翻折成成品的形状 。
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