拥有巨大潜能的微型机器人

跟随机器人专家保罗 · 麦克尤恩（Paul McEuen）和马克 · 米斯金（Marc Miskin）一起进入微型世界，了解他们如何设计和批量生产细胞大小、挥动着原子级细腿的微型机器人——这些小东西在今后也许可用于对抗粮食疾病，或近距离研究我们的大脑神经细胞。

马克 · 米斯金（Mark Miskin）：
这是一只轮虫，

一种大约头发丝
那么宽的微生物。

它们在地球上无处不在——
海水、淡水，到处都是——

而这一只正要出来觅食。

记得我第一次看到它时，

大概也就八岁，
我完全被震住了。

这么一个不起眼的小东西，

却会狩猎、游泳，

四处游动生活。

它的整个宇宙不过是
池塘中的一滴水。

保罗 · 麦克尤恩（Paul McEuen）：
这小小轮虫展示了一种神奇的可能。

它的存在表明，
我们可以打造一种

实用、复杂、精巧的机器，

但又可以那么迷你，

小到肉眼看不见。

住在我身体里的工程师
完全被这个想法所震惊了——

任何人都能创造这样的小生物。

但我必须承认，
在惊叹之余，我还有点羡慕。

大自然能够做到，
我们为什么不能呢？

我们为什么造不出微型机器人？

我不是唯一有过这一想法的人。

实际上，过去几年来，

世界各国的研究人员都孜孜不倦地

致力于制作甚至小到

肉眼无法看到的机器人。

今天我们想跟大家分享的

就是康奈尔大学

以及宾夕法尼亚大学

在制作微型机器人方面取得的进展。

好，那么目标已经明确。

我们该怎么做呢？

我们要怎样打造出微型机器人呢？

巴勃罗 · 毕加索（Pablo Picasso）
给了我们第一个线索。

他曾说：

【优秀的艺术家抄袭，
伟大的艺术家窃取。】

(笑声)

“优秀的艺术家抄袭，
伟大的艺术家窃取。”

（笑声）

好，那么从哪儿“窃取”呢？

信不信由你，

制作微型机器人的
大部分技术都是现成的。

半导体行业正在使用
越来越先进的生产工艺

来制造越来越小型设备。

现在，这些工艺
可以把上百万个晶体管

放入差不多一个单细胞草履虫

那么大的空间里。

不仅仅电子技术如此，

它们还能制作出小型传感器、

LED 屏，

还有一堆小到看不见的封装。

这也就是我们要做的——

我们要“窃取”这种技术。

这是一个机器人。

（笑声）

机器人由两个部分组成。

头和腿。

【窃取：大脑】

（笑声）

我们把这个叫做无腿机器人。

这听起来可能有点儿另类，

其实它相当酷。

实际上，大部分人现在
手里就有个无腿机器人。

你们的智能手机就是
世界上最成功的的无腿机器人。

不到 15 年，它就掌控了整个世界。

为什么不呢？

它是个如此美丽的小机器。

不仅相当智能，

通信功能一流，

而且一只手就能掌控。

因此，我们也想研制出
类似这样的机器人，

只是小到细胞级，

跟草履虫差不多。

就是这个了。

这就是我们所说的细胞级智能手机。

看起来也跟智能手机差不多，

只是小了 1 万倍。

我们称它为 OWIC 。

【光学无线集成电路（OWIC）】

好了，我们不是来打广告的，好吧？

（笑声）

但它本来就相当酷。

实际上，这个 OWIC 由很多部分组成。

最上部有一些

小巧的太阳能电池，
如果把光照射在设备上，

它就会激活中间的一小块电路。

随后这个电路
会驱动小小的 LED 屏，

让它闪烁，
从而允许 OWIC 与你交流。

与手机不同，

OWIC 用光交流，

像个小萤火虫。

这些 OWIC 还有一点很酷，

那就是，我们不是一次造一件，

再把所有零件焊接起来，

而是可以进行大规模并行制造。

比如，一个 4 英寸的晶片

可以放下约 100 万个这样的 OWIC 。

就像你的手机
有不同的应用程序（app），

我们也有不同的 OWIC 。

比如，有的可以用来测量电压，

有的可以测量温度，

或者有的只是一个闪烁小光点，
告诉你它就在那里。

所以，这些小装置挺酷的。

我想要再和大家分享一些细节。

但首先，我要岔开下话题，

我要和大家分享几件也许你们
没听说过的，关于一分钱硬币的轶事。

这个硬币比较老旧，

背面是林肯纪念堂的图案。

但首先，各位可能不知道，

如果把它放大，
在这个硬币图案的中间

真的可以看到亚伯拉罕 · 林肯
（Abraham Lincoln），

就像在附近
真正的林肯纪念堂里一样。

我还很确定各位不知道，

如果再进一步放大——

（笑声）

各位可以看见在
林肯的胸前有一个 OWIC 。

（笑声）

但最酷的是，

就算你盯着看一整天，
你也看不到。

因为它是肉眼不可见的，

这些 OWIC 非常小，

我们用这种并行制造的方式，

让每一个 OWIC 的成本不到一分钱。

实际上，在我的展示里，
最贵的要数写着

“OWIC” 的那张小贴纸了。

（笑声）

那贴纸花了我 8 分钱。

（笑声）

我们为这小东西
如此激动的原因有很多。

比如，我们可以
用它们来做微型安全智能标签，

识别度比指纹还好。

我们也在把它们应用于
其它医疗器械，

用来获取更多信息，

我们甚至想过有一天要
把它们放进大脑里

来倾听神经元，一次一个。

实际上，
这些 OWIC 只有一个问题：

它不是一个机器人，

它只是一个头。

（笑声）

我想，大家都同意

半个机器人真的算不上一个机器人。

基本上，没有腿就什么都不是。

MM：好，也就是说
若要打造这个机器人，你需要腿。

现在，我们发现这部分

无法从现有的技术中窃取。

如果想要让小机器人有腿，
就需要促动器和会动的零部件。

它们必须满足许多条件：

它们得是低电压，

也必须是低功率。

但最重要的是要足够小。

若想要打造细胞大小的机器人，
就必须要有细胞大小的腿。

目前还没有人知道
如何打造这样的腿，

因为没有任何现有技术
能满足上述条件。

若要帮我们的微型机器人做腿，

我们就需要创新。

所以，这就是我们的研发成果。

这是我们使用的促动器之一，
我现在给它施加一定的电压。

大家可以看到，
促动器做出了蜷缩反应。

这可能看起来没什么，

但如果我们把红血球细胞放在旁边
做对比，就能看出它有多小了，

所以这些是微小到极致的蜷缩。

它们小到难以置信，

而且这个装置可以反复弯曲、伸直，
完全没问题，不会断掉。

那么我们是怎么做到的呢？

促动器是用
只有一打原子差不多厚的

一层铂制成的。

然后我们发现，
如果你把铂放进水中

并给它施加电压，

水中的原子就会吸附到

铂的表面或是脱离——

这取决于使用的电压高低——

从而产生力，

我们可以借此实现一些
由电压控制的活动。

这里的关键
在于所有材料都要超薄。

而且促动器要有足够的灵活性，

即能做到微观层面的弯曲，
还不会断裂，

同时，它可以利用附着或移除

一层原子所产生出来的力。

同样，我们不必一次
只制造一个促动器。

事实上，和 OWIC 一样，

我们也可以进行并行量产。

这里大约有几千个促动器，

我现在所做的就是施加电压，

于是它们就会摇摆，

看起来就像是未来机器人军团的腿。

（笑声）

所以，现在我们有头有脚了，

我们有了思想，也有驱动力了。

OWIC 就是大脑，

它们能为我们提供
传感器和电源，

还能通过光来跟我们进行互动。

铂层就是肌肉，

它们可以让机器人四处走动，

现在我们可以把这两部分拼接起来，

开始打造我们的超级迷你机器人。

我想先从简单的部分开始。

这个机器人是人工控制的，

中间是太阳能电池
和一些连接在其上的布线。

那是 OWIC 。

它们与一组腿相连接，
腿上有一层铂，

我们放在上面的这些坚硬的板子

会指挥腿如何翻折，
应该翻折成怎样的形状。

我们的想法是通过把激光
投射在不同的太阳能板上，

你就可以选择要移动哪条腿，

从而让机器人走起来。

当然，我们也不用一次造一个，

同样可以通过并行量产来实现。

我们可以在一个 4 英寸的晶片上
制造 100 万个机器人。

比如，左图是一块晶片，

这个晶片上就有 1 万个机器人。

在我们的宏观世界里，

这个东西看起来就像个
新型微型处理器之类的东西。

但如果你把这个晶片放到显微镜下，

你会看见数以千计的微型机器人。

目前，这些机器人还黏在上面，

仍然是我们刚打造好的状态。

若要让它们能够四处行走，
我们必须释放它们。

我们本想在现场展示
我们是怎样释放机器人军团的，

但这个过程会用到高危化学品，

非常容易出状况，

而且我们现在距离白宫
也就 1 英里吧？

是的，所以他们不会
让我们现场展示的。

所以——

（笑声）

所以我们只能现场放视频。
（笑声）

各位看到的是
机器人部署的最后阶段，

我们使用化学物质

将机器人底部的基质腐蚀掉。

基质溶解后，机器人
就可以自由翻折成成品的形状。

那么各位看这儿，这一批的
成功率大概是 90% ，

所以我们打造的近 1 万个机器人

都可供我们在之后部署与控制。

我们还可以把这些
机器人放置到其它地方。

在座的各位可以看到，
左侧视频中，一些机器人在水里。

现在我拿一支移液管过去，

我就可以把它们都吸上来。

当你再把机器人从移液管
注入到其它地方时，

它们依旧完好无损。

实际上，这些机器人小到

能够通过你能买到的

最细的皮下注射针头。

没错，如果你想的话，

你可以把全身注满机器人。

（笑声）

我看他们很感兴趣。

（笑声）

在右边的画面里，
我们把机器人放在了池塘水中，

大家稍等一下。

噢！

你们看到了吗？那不是鲨鱼，
只是一条草履虫。

那就是它们生活的世界，

好的，这些都不错，

但此刻你或许会纳闷，

“它们会走路吗？”

对吧？它们应该要会，
它们最好会，所以我们来瞧瞧。

这是一个机器人，
中间是它们的太阳板，

就是那些小长方形，

我想让大家看一下
最靠近屏幕上方的太阳能电池，

有看到一个小白点吗？
那是激光打上去的点。

现在我们开始把这个激光点移到

不同的太阳能电池上面。

它开始走动了！

（掌声）

耶！

（掌声）

机器人开始在微观世界行进了。

这个视频里最酷的是：

在视频中，我正在操纵着机器人。

实际上， 6 个月来，我的工作就是
把激光投射在细胞大小的机器人上，

操纵它们在微观世界里的行动。

这其实就是我的工作。

目前来说，这是我知道的
世界上最酷的工作。

（笑声）

简直太让人激动了，

就像你在挑战不可能。

这种惊奇感就像我小时候

第一次通过显微镜看到轮虫一样。

现在，我是一位父亲，
有一个快 3 岁的儿子。

但有一天，他也会看向显微镜。

我总是想：

他会看到什么？

除了只是观察微观世界，

我们人类如今还能创造新技术
来构建这一微观世界，

与之互动，为之设计。

等 30 年后，我儿子到了我的年纪，
我们又会怎样运用那种能力？

微型机器人会不会就像细菌一样

生活在我们的血液中？

它们会不会生存在农作物中
以去除害虫？

它们会不会在我们身体受到感染时
发出提醒，或者与癌症细胞作战？

PM：还有很酷的一点就是，

你也能够加入这场革命，

再过十几年，

当你买了新的 iPhone 15x Moto，
不管它叫啥——

（笑声）

它可能会附上一个
装了几千个微型机器人的小罐子，

你可以用手机上的 app
来控制它们。

所以如果你想要驾驭草履虫，
那就去吧。

如果你想要成为
世界上的最小机器人舞会的 DJ ，

就去做吧。

（笑声）

我个人真的非常期待
那一天的到来。

MM：谢谢。

（掌声）