光衍射條件下可運(yùn)行的微型機(jī)器人面世

美國(guó)康奈爾大學(xué)的科學(xué)家研制出了迄今已知最小的步行機(jī)器人，能在可見光衍射極限下運(yùn)行。它能夠前往特定位置，如組織樣本內(nèi)，以普通顯微鏡無(wú)法做到的方式進(jìn)行近距離成像。這是微型機(jī)器人技術(shù)與衍射光學(xué)成像技術(shù)“聯(lián)姻”的產(chǎn)物。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《科學(xué)》雜志。

研究團(tuán)隊(duì)巧妙地將納米級(jí)厚度的機(jī)械膜、可編程納米磁鐵，以及衍射光學(xué)元件三者結(jié)合起來(lái)，打造出了這款新型機(jī)器人，為以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的任務(wù)開辟了新的解決之道。這些任務(wù)包括高分辨率成像、可調(diào)諧、移動(dòng)亞衍射光學(xué)，以及超小力感應(yīng)等。

此前最小步行機(jī)器人的直徑介于40微米到70微米之間，但新衍射機(jī)器人的直徑僅為2微米到5微米之間。實(shí)驗(yàn)顯示，在磁鐵的精準(zhǔn)操控下，這些機(jī)器人能像尺蠖一樣在堅(jiān)硬的表面蠕動(dòng)，也能在液體中自由“游泳”。較大機(jī)器人的行走速度為16微米/秒，而較小機(jī)器人的行走速度則高達(dá)34微米/秒，均超越以往的微型機(jī)器人。

測(cè)試結(jié)果表明，這款機(jī)器人可以輔助超越傳統(tǒng)光學(xué)限制的高分辨率成像，具備極高的靈敏度，能夠檢測(cè)小至1皮牛（10-12牛）的力。這些卓越的特性使得這款機(jī)器人可用于基礎(chǔ)研究（如探索DNA結(jié)構(gòu)），也可被部署在臨床環(huán)境中。

團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)，最新研究在微型機(jī)器人技術(shù)和光學(xué)工程之間建立了交叉點(diǎn)。這些衍射機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)性能、光學(xué)操縱和亞納米力靈敏度探測(cè)等方面，均展現(xiàn)出極佳性能。