如何自动驾驶微型机器人

大多数合成材料，包括电池电极，聚合物膜和催化剂中的合成材料，由于没有内部修复机制，会随着时间而降解。如果您可以在这些材料中分发自主微型机器人，则可以使用微型机器人从内部连续进行维修。化学工程学副教授凯尔·毕晓普(Kyle Bishop)实验室的一项新研究提出了一种微型机器人策略，该机器人可以感知材料缺陷的症状并自动导航到可以执行纠正措施的缺陷位置。该研究发表在2019年12月2日的《物理评论研究》上。

游泳细菌通过集成化学传感器和分子马达来寻找营养成分高的区域，就像自动驾驶汽车一样，该自动驾驶汽车使用来自摄像头和其他传感器的信息来选择合适的动作来到达目的地。研究人员试图通过使用由化学燃料或其他能量输入推动的小颗粒来模仿这些行为。尽管环境中的空间变化(例如，燃料浓度)可以使粒子物理定向并由此引导其运动，但这种导航方式有局限性。

毕晓普说：“现有的自走式粒子更像是一列由钢轨机械操纵的失控火车，而不是由感官信息自动引导的自动驾驶汽车。” “我们想知道我们是否可以设计带有材料传感器和致动器的微型机器人，这些传感器可以像细菌一样进行导航。”

Bishop的团队正在开发一种新的方法，该方法基于变形的材料对微型机器人的自主导航进行编码。环境的局部特征(例如温度或pH)确定了粒子的三维形状，进而影响了粒子的自推进运动。通过控制粒子的形状及其对环境变化的响应，研究人员对微型机器人如何设计成能够在刺激梯度上游泳或下潜(甚至是太弱而无法被颗粒直接感受到的)进行建模。