宾夕法尼亚大学与密歇根大学团队研发出全球最小自主可编程机器人

2025年12月，来自宾夕法尼亚大学（UPenn）和密歇根大学（UMich）的科研团队宣布，他们在微型机器人领域取得重大进展，成功开发出全球尺寸最小且具备自主编程能力的机器人。这些微型机器的尺寸约为200 x 300 x 50微米，肉眼难以察觉，其体积已接近许多生物微生物的尺度。

这项研究的核心突破在于机器人实现了长达数月的完全自主运行，解决了困扰微观尺度研究领域四十余年的关键技术瓶颈——持续的自主运动与决策能力。研究人员已将相关成果同步发表于《科学机器人学》（*Science Robotics*）和《美国国家科学院院刊》（*PNAS*）。领导该项目的宾夕法尼亚大学工程学院副教授马克·米斯金表示，此次研究将自主机器人的尺寸缩小了约一万倍，为可编程机器人在微观尺度上的应用开辟了新领域。

在技术集成方面，这些机器人实现了高度的系统整合。密歇根大学团队开发了超低功耗的微型计算机作为“大脑”，功耗仅为75纳瓦。宾夕法尼亚大学团队则集成了电子传感器和板载计算机，使机器人能够以高达三分之一摄氏度的精度检测局部温度，并据此自主调整运动轨迹。这种集成使得机器人无需外部系绳、磁场或操纵杆控制，即可独立感知并响应环境，成为该尺度下首批真正意义上的自主可编程设备。

解决微观尺度下的运动难题是此次突破的关键。在微米尺度下，水的阻力和粘性效应显著，运动如同在粘稠介质中前行。为规避此物理限制，宾夕法尼亚大学团队设计了一种独特的电动力推进系统。该系统不直接推动自身，而是通过产生电场来推动周围的离子，离子进而带动水分子产生推力，实现机器人的前进。由于该推进系统不含任何活动部件，机器人具有极高的耐用性，可承受微量移液器的转移操作。

机器人的能源供应和编程均依赖于光脉冲。机器人表面集成的微型太阳能电池板用于捕获光能驱动运行，光照中断则停止工作且内存信息会丢失。此外，每个机器人拥有唯一的标识符，允许研究人员对群体中的个体分配不同任务，并实现类似鱼群的协同行动。该技术在生物医学领域具有广阔前景，例如用于监测单个细胞健康状况或协助构建更精密的微尺度器件。然而，目前机器人在5毫摩尔的过氧化氢溶液中运行，该溶液对活细胞具有毒性，因此在应用于人体健康领域前仍需解决此局限性。