原创 微纳米机器人的最新研究进展综述

 微纳米机器人的最新研究进展综述

李梦月, 杨佳, 焦念东, 王越超, 刘连庆. 微纳米机器人的最新研究进展综述[J]. 机器人, 2022, 44(6): 732-749.

随着机器人技术的不断发展，功能各异的机器人在人类日常生活和工业生产中展现出举足轻重的地位，已成为人类的得力助手。然而，当机器人操作需要从宏观尺度进入微观尺度时，如血管内药物运输、细胞内执行微操作等，现有宏观机器人则会受到尺寸限制，无法到达目标位置完成既定任务，因而亟需研发可以在微纳米尺度作业的微米和纳米机器人，即微纳米机器人。

  微纳米机器人是微米机器人和纳米机器人的统称，其尺寸通常介于1 nm～1 mm之间，可以将多种外部能源转化为自身的机械运动。在过去的几十年里，微纳米机器人取得了诸多令人瞩目的研究成果。2009年瑞士联邦理工学院Nelson教授等人制备了一种磁驱动螺旋微米机器人，被《吉尼斯世界记录大全》认定为“最先进的医用微型机器人”，这项认定充分印证了微纳米机器人在医疗领域的重要地位，同时也说明该领域的研究具有重要的价值和广泛的前景。微纳米机器人凭借其尺寸小、运动灵活等优点可实现在微尺度空间的灵活运动和操作，其在微纳米操作、体内和体外检测、微创手术、靶向治疗等方面具有广阔的发展前景。

  本文首先根据微纳米机器人不同的驱动方式分类来介绍微纳米机器人的发展现状。微纳米机器人按其驱动方式可分为：物理驱动，化学驱动，生物驱动，以及混合驱动。物理驱动，化学驱动，生物驱动这三种驱动方式都具有自己独特的优势，同时也存在一定的局限性，对这些驱动方式的特点进行总结和比较，如表1所示。

表1 微纳米机器人不同驱动方式对比

   在面对复杂的应用环境以及特定的功能任务时，具有单一驱动方式的微纳米机器人可能无法实现我们的目标任务，因而可采用多种驱动方式相结合的混合驱动来控制微纳米机器人的运动和操作，使其具有更高效的运动能力，更复杂的功能。

图1 混合驱动微纳米机器人

       虽然目前微纳米机器人发展迅速，并且涌现了许多令人瞩目的研究成果，但是微纳米机器人在实际应用时仍存在很多挑战。因此本文从制备、成像、功能化和集群等方面分析了微纳米机器人发展面临的挑战及可能的解决方法。

       目前制备的微纳米机器人存在结构简单、功能有限、欠缺智能化等问题，但随着研究的不断深入和发展，微纳米机器人将逐步发挥出其巨大潜力，在微纳米尺度上造福人类。针对微纳米机器人的发展方向，本文提出了四个科学问题供相关科研人员参考。期望微观世界中微纳米机器人的不断发展，为人类社会的生活、医疗、健康等带来积极而深远的影响。