大多數(shù)合成材料，包括電池電極，聚合物膜和催化劑中的合成材料，由于沒有內(nèi)部修復(fù)機(jī)制，會隨著時間而降解。如果您可以在這些材料中分發(fā)自主微型機(jī)器人，則可以使用微型機(jī)器人從內(nèi)部連續(xù)進(jìn)行維修?；瘜W(xué)工程學(xué)副教授凱爾·畢曉普(Kyle Bishop)實驗室的一項新研究提出了一種微型機(jī)器人策略，該機(jī)器人可以感知材料缺陷的癥狀并自動導(dǎo)航到可以執(zhí)行糾正措施的缺陷位置。該研究發(fā)表在2019年12月2日的《物理評論研究》上。

游泳細(xì)菌通過集成化學(xué)傳感器和分子馬達(dá)來尋找營養(yǎng)成分高的區(qū)域，就像自動駕駛汽車一樣，該自動駕駛汽車使用來自攝像頭和其他傳感器的信息來選擇合適的動作來到達(dá)目的地。研究人員試圖通過使用由化學(xué)燃料或其他能量輸入推動的小顆粒來模仿這些行為。盡管環(huán)境中的空間變化(例如，燃料濃度)可以使粒子物理定向并由此引導(dǎo)其運動，但這種導(dǎo)航方式有局限性。

畢曉普說：“現(xiàn)有的自走式粒子更像是一列由鋼軌機(jī)械操縱的失控火車，而不是由感官信息自動引導(dǎo)的自動駕駛汽車。” “我們想知道我們是否可以設(shè)計帶有材料傳感器和致動器的微型機(jī)器人，這些傳感器可以像細(xì)菌一樣進(jìn)行導(dǎo)航。”

Bishop的團(tuán)隊正在開發(fā)一種新的方法，該方法基于變形的材料對微型機(jī)器人的自主導(dǎo)航進(jìn)行編碼。環(huán)境的局部特征(例如溫度或pH)確定了粒子的三維形狀，進(jìn)而影響了粒子的自推進(jìn)運動。通過控制粒子的形狀及其對環(huán)境變化的響應(yīng)，研究人員對微型機(jī)器人如何設(shè)計成能夠在刺激梯度上游泳或下潛(甚至是太弱而無法被顆粒直接感受到的)進(jìn)行建模。