一些工程师从鸟类的飞行机制和蜂巢的构造中获得灵感。其他人的想法要小得多。由康奈尔大学农业与生命科学学院生物与环境工程教授吴明明领导的一个团队，创造了细胞大小的机器人，可以提供动力和操纵超声波波。尽管它们很小，这些microrobotic游泳运动员——他们的运动灵感来自细菌而精子有一天可能成为一种强大的靶向药物传递新工具。
十多年来，吴的实验室一直在研究从细菌到癌细胞的微生物迁移和与环境交流的方式。最终目标是创造一个可以在人体内导航的远程控制微型机器人。“我们现在可以制造比鸟更好的飞机。但在最小的范围内，在许多情况下，大自然比我们做得更好。例如，细菌经过数十亿年的进化，才完善了它们的工作方式。”“这让我们认为，我们实际上可以设计出类似的东西。如果你能把药物送到目标区域，比如癌细胞，那么你就不会有那么多副作用。”
吴教授说，它们更独特的特性是，细菌可以在一秒钟内游到体长的10倍，而精子可以逆水而行。
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吴的研究团队最初试图设计和3 d打印一种微型机器人，模仿细菌利用鞭毛推进自身的方式。然而，就像早期飞行员笨重的飞机太像鸟一样，他们的努力失败了。当罗加入吴的实验室后，他们开始探索一种不那么直白的方法。主要的障碍是如何为它提供能量。就像人在会走路之前必须先爬行一样，微型机器人在会游泳之前需要给它充电。
吴教授说:“细菌和精子主要消耗周围液体中的有机物质，这足以为它们提供能量。”“但对于工程机器人来说，这很困难，因为如果它们携带电池，它们就太沉了，无法移动。”
这个团队想出了利用高频声波的主意。因为超声波是安静的，它可以很容易地在实验室设置中使用。此外，美国食品和药物管理局(U.S. Food and Drug Administration)认为这种技术在临床研究中是安全的。
然而，这个团队被制造过程难住了。罗与康奈尔大学纳米尺度科学技术中心(CNF)合作，试图用光刻技术创造一个原型，但这很耗时，而且结果无法使用。
当CNF购买了一种新的激光器时，该项目得到了关键的推动光刻技术该系统被称为NanoScribe，它通过直接写入光敏树脂来创建3D纳米结构。这项技术使研究人员能够轻松地在微米尺度上调整他们的设计，并快速产生新的迭代。
在六个月的时间里，罗创造了一个三角形的微型机器人游泳者，看起来就像一只昆虫和一艘火箭船的交叉。这种游泳者最重要的特征是在它的背部刻着一对空腔。由于它的树脂材料是疏水的，当机器人被淹没在溶液中时，一个微小的气泡会自动被困在每个空腔中。当超声波换能器对准机器人时，气泡就会振动，产生漩涡——也被称为流——推动游泳者前进。
其他工程师之前已经制造了“单气泡”游泳器，但康奈尔大学的研究人员是第一个使用两个气泡的先驱，每个气泡在各自的腔内有不同直径的开口。通过改变声波的共振频率，研究人员可以刺激其中一个气泡，或者将它们一起调节，从而控制游泳者前进的方向。
未来的挑战将是使游泳者的生物相容性，这样他们就可以在大致大小的血细胞中导航。未来的微型游泳者也需要由生物可降解材料组成，这样许多机器人可以一次被派出。就像一个精子成功受精一样，数量是关键。
“对于药物输送，你可以有一组微型机器人游泳，如果其中一个在旅程中失败了，这不是一个问题。这就是自然生存的方式，”吴说。“在某种程度上，它是一个更强大的系统。更小并不意味着更弱。一群人是不可战胜的。我觉得这些受自然启发的工具通常更可持续，因为自然已经证明了它的有效性。”
论文发表了芯片上的实验室．
来源:康奈尔大学
