在科技與經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的今天，人類對(duì)自然的開發(fā)不斷深入，各種非常規(guī)場(chǎng)景日益增多，這對(duì)機(jī)器人的形態(tài)與功能提出了全新挑戰(zhàn)。其中，微納級(jí)機(jī)器人以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)脫穎而出。這類機(jī)器人尺寸僅在微米至納米級(jí)別，能夠突破傳統(tǒng)器械的限制，在人體血管、組織間隙以及復(fù)雜污染環(huán)境等場(chǎng)景中執(zhí)行精準(zhǔn)作業(yè)。

長(zhǎng)期以來，人類一直致力于實(shí)現(xiàn)微型機(jī)器人的研制，如今這一夢(mèng)想正逐步走向現(xiàn)實(shí)。華南理工大學(xué)的一支團(tuán)隊(duì)在微納機(jī)器人與活性系統(tǒng)領(lǐng)域取得了一系列突破性進(jìn)展，為該技術(shù)的發(fā)展開辟了新路徑。在他們的推動(dòng)下，微納機(jī)器人在環(huán)境保護(hù)、工業(yè)檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的變革潛力。

早期的單模塊微納機(jī)器人功能較為單一，通常只能完成簡(jiǎn)單的定向運(yùn)動(dòng)或單一任務(wù)。在動(dòng)態(tài)、復(fù)雜的真實(shí)環(huán)境中，它們應(yīng)對(duì)多重挑戰(zhàn)的能力明顯不足。這些現(xiàn)實(shí)困境促使研究團(tuán)隊(duì)將目光投向了更為智能、集成的微納機(jī)器人系統(tǒng)。微納機(jī)器人設(shè)計(jì)是一門高度綜合的交叉學(xué)科，必須緊密貼合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。研究團(tuán)隊(duì)深刻認(rèn)識(shí)到，模塊設(shè)計(jì)要與具體應(yīng)用需求精確匹配，在功能、集成度與工程可行性之間找到最佳平衡點(diǎn)。基于這一認(rèn)識(shí)，他們提出了“面向?qū)嶋H需求的應(yīng)用驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)”核心理念，為下一代智能微納機(jī)器人的系統(tǒng)化開發(fā)繪制了清晰的技術(shù)路線。

傳統(tǒng)的光刻、同軸微流體打印等技術(shù)，在同時(shí)實(shí)現(xiàn)微小尺寸、低成本與高精度方面面臨諸多難題，這限制了復(fù)雜三維微納結(jié)構(gòu)的可控制備。針對(duì)這一關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了一種融合水凝膠直寫成型（DIW）與紫外光固化的微納管道增材制造新方法，并據(jù)此構(gòu)建了高精度的微納尺度3D打印系統(tǒng)。該方法能夠穩(wěn)定加工內(nèi)徑小至3微米的微納管道，具有低成本、高工藝靈活性和良好材料兼容性等突出優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、高質(zhì)量的三維中空復(fù)雜結(jié)構(gòu)。這一突破標(biāo)志著我國(guó)在尖端微納制造領(lǐng)域達(dá)到了新的技術(shù)高度。

微塑料污染已成為全球性的環(huán)境與健康危機(jī)。微塑料能迅速穿透生物屏障進(jìn)入人體組織，目前科學(xué)家已在多種動(dòng)物及人體組織（包括血液和大腦）中檢測(cè)到其存在。此類污染一旦形成，便難以有效清除。傳統(tǒng)的物理過濾或混凝等污水處理方法，對(duì)微米級(jí)塑料顆粒的去除效率有限。

為高效清除水體中的微塑料，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地引入了一種類鈣鈦礦半導(dǎo)體材料——鎢酸鉍（Bi2WO6），并通過光還原法在其微球表面沉積銀（Ag）納米顆粒，成功制備出Ag@Bi2WO6微型機(jī)器人。這些機(jī)器人在純水環(huán)境中可自組裝形成集群，并能在極低光強(qiáng)驅(qū)動(dòng)下主動(dòng)吸附微塑料。為進(jìn)一步提升清潔效率，團(tuán)隊(duì)還在待處理水域中引入Fe3O4磁性納米顆粒，使其與Ag@Bi2WO6微球共同自組裝，構(gòu)成磁輔助清潔機(jī)器人系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明，在特定磁場(chǎng)頻率（14 Hz）驅(qū)動(dòng)下，該機(jī)器人集群可在93秒內(nèi)高效去除98%的微塑料，性能遠(yuǎn)超當(dāng)前已知的其他處理方法。

在工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域，鍛壓、沖壓等工藝生產(chǎn)的金屬零部件，其內(nèi)部質(zhì)量直接關(guān)系到終端產(chǎn)品的安全性與可靠性。這類工件常因工藝參數(shù)不當(dāng)而產(chǎn)生內(nèi)部裂紋等缺陷，而許多產(chǎn)線仍依賴效率低下、主觀性強(qiáng)的人工目視檢測(cè)。分子通信作為一種受生物啟發(fā)的嶄新通信范式，已在理論層面得到廣泛研究，但在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與系統(tǒng)集成方面仍存在諸多挑戰(zhàn)。要將此類通信模式應(yīng)用于微納機(jī)器人實(shí)踐，首先必須解決微納尺度下的可靠驅(qū)動(dòng)與信號(hào)調(diào)控問題。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，微納機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景正從實(shí)驗(yàn)室快速走向更廣闊的天地。它必將深入醫(yī)療健康、環(huán)境治理、工業(yè)檢測(cè)、電子信息等眾多領(lǐng)域，成為未來智能社會(huì)中不可或缺的基礎(chǔ)性科技力量。研究團(tuán)隊(duì)正進(jìn)一步聚焦于系統(tǒng)性能優(yōu)化與新材料體系拓展，為這一充滿希望的領(lǐng)域潛心勾勒技術(shù)藍(lán)圖。