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最近，來自于中國清華大學和美國德克薩斯大學的科學家在《Light: Science & Applications》上發(fā)表論文，使用激光幫助溶液中的微型機器人導航，從而使其“游”向目標方向。他們的結果將幫助研究人員開發(fā)“游泳”微型機器人，用于未來的醫(yī)療診斷，藥物供給，以及精準手術等領域。

研究中使用的微型機人是一種不對稱粒子（Janus particle），由聚苯乙烯微球做成。微球的一半鍍有金膜，另一半?yún)s沒有（如圖2所示）。通過控制光照條件，這樣的微型機器人可以實現(xiàn)“游泳態(tài)”（swimming state）和“轉動態(tài)”（rotation state）的轉變。

在非聚焦光照下，由于金膜和聚苯乙烯對光的吸收不一樣，因此，在微球內(nèi)部就產(chǎn)生了一個溫度梯度，聚苯乙烯一段溫度較低，金膜一端溫度較高。當這樣的微球處在十六烷基三甲基氯化銨（cetyltrimethylammonium chloride）水溶液中，就會產(chǎn)生一個電場，驅(qū)動微球前行，這就是“游泳態(tài)”。（如圖2所示）

在聚焦光束（如圖4所示，其中綠色區(qū)域表示聚焦后的光斑）的照射下，由于只照射微球的局部，造成微球發(fā)生轉動，這就是“轉動態(tài)”。一方面，在運動的開始，研究人員需要利用“轉動態(tài)”將微球轉向目標方向。另一方面，由于布朗運動（Brownian motion）的影響，“游泳態(tài)”的微球會在前進的過程中發(fā)生方向的隨機變化。此時，研究人員需要利用“轉動態(tài)”修正微球的運動方向。

過去的十多年間，由于具有廣闊的應用前景，可以自主產(chǎn)生動力，并在溶液中“游泳”的微型機器人受到了科學家們?nèi)找嬖鲩L的關注。然而，如何為這些機器人導航成為了其中一項關鍵的問題。為此，研究人員提出了各種方案，包括使用磁場，電場，或者超聲波引導這些微型機器人沿著目標方向。新的研究使用了激光，這一做法的一個好處是，可以得到更高的空間和時間分辨率，以及可以開發(fā)一個用于多任務并行的微型機器人組。