在显微镜下,一滴水宛如一座 bustling 的微观城市,充满着各种微小的生命和物质。最近,这座城市迎来了一位特殊的“快递员”——由中国科学院理化技术研究所自主研发的3D手型微纳机器人。这个机器人仅有约40微米,相当于头发丝直径的二十分之一,但它可以像机械手一样,灵活地完成抓取、搬运和释放微小颗粒乃至活体细胞的操作。这项技术为未来的精准医疗、环境修复和微纳制造开辟了新的可能。
这款微纳机器人之所以被称为“手”,源于其仿生设计。团队从人类双手的动作中获得灵感,将其设计为开放式的双“指”结构,方便在显微镜下观察和抓取目标。这种设计在操作时更为灵活和精准,实现了高效的微观操控。
如此精巧的结构,是如何“制造”出来的?答案是被誉为“微观画笔”的飞秒激光直写技术。该技术利用持续时间仅为一千万亿分之一秒的超短激光脉冲,在光敏材料内部进行纳米级精度的三维加工。凭借非线性光学效应,激光仅在焦点中心区域引发反应,从而突破传统光学衍射极限,实现比头发丝细千倍的超精细结构制造。研究人员如同执笔的艺术家,以激光为笔,在微观世界“绘制”出这只灵动的机器人。

该机器人由两种智能材料协同构成,形成“感知-驱动”一体化的多功能系统:顶部的pH响应模块充当“感应夹手”,当环境酸碱度发生变化时,能像花朵般自动开合,实现智能抓取与释放;底部的磁驱动模块则如同“微型马达”,通过外部磁场可远程控制机器人进行移动、旋转甚至翻转,赋予其自主运动能力。实验表明,机器人在经历15次以上酸碱循环刺激后,仍能稳定响应,展现出优异的结构稳定性与功能耐久性。
与传统单一材料、单响应模式的微纳机器人不同,这一创新设计实现了多刺激协同响应与全流程自主操控的突破。它不再只是一个被动的微结构,而是一个具备环境感知、智能决策与精准执行能力的“微型智能体”。

未来,这一“微观巧手”有望在多个前沿领域大显身手:在精准医疗中,作为单细胞操作平台,用于靶向药物递送、微创手术辅助(如清除微小血栓)或细胞分选;在环境治理中,可像“微型清洁工”一样,在水体中精准识别并抓取微塑料等污染物;在基础科研中,也将成为研究细胞间相互作用、微尺度流体力学等现象的有力工具。