今年3月份，國際頂級學術期刊《科學·機器人學》報道了一種可在溶液中工作的、微米尺度的電控微型機器人（圖中的“千紙鶴”）。這項研究的第一作者是來自美國康奈爾大學的中國學者劉清坤。

Science Robotics 封面（來源：Science Robotics）

微米到底是多小呢？一根頭髮絲直徑大約是50~100微米，這款電控微型機器人大約是一根頭髮絲的直徑大小。如此小尺寸的機器人是如何工作的呢？打量一下這隻“千紙鶴”，不難發現，想讓其動起來，只需要對“翅膀”與“軀幹”連線的部位（以下簡稱連線部位）進行可控的彎折即可，這樣就等同於“千紙鶴”在揮動翅膀。也就是說，連線部位才是核心。而這核心部位竟是由鉑金（以下用Pt代替）構成的！

當然了，這裡的鉑和生活中做成首飾的鉑有些區別。打磨成首飾的鉑是大塊的、肉眼可見的，而這隻微型千紙鶴中的鉑則是奈米尺寸。奈米是一個長度單位，它是一千分之一微米，遠小於肉眼的觀測極限。一根頭髮絲的直徑大約是五萬奈米。連線部位的Pt實際上是一層7奈米厚的Pt薄膜，而這層薄膜生長在惰性層（inert layer）之上。由於Pt薄膜自身和惰性層之間存在特定的應力，Pt薄膜會形成彎曲的狀態。將Pt薄膜進行氧化，這種應力會被消除掉，薄膜將會變成水平的狀態。如果能可控地對Pt薄膜進行氧化和還原的迴圈，薄膜就可以從彎曲狀態到水平狀態迴圈變化，那麼就可以實現千紙鶴扇動翅膀的功能了。

那麼，如何控制Pt薄膜氧化還原的過程呢？這款微型機器人是在溶液環境中工作的，這恰恰是實現Pt薄膜可控氧化還原過程的關鍵。將Pt薄膜放置在溶液中（學者劉清坤用的是磷酸鹽緩衝液），對薄膜施加正電壓，溶液中的氧離子會在電場的驅動下吸附在Pt薄膜表面，進一步和薄膜發生氧化反應，形成PtOx（這裡由於不能確定氧化後薄膜中Pt和O的比例關係，無法給出準確的配比，所以用PtOx表示，x即表示氧原子的佔比是未知的）。相反，對薄膜施加負電壓，薄膜會發生還原反應，氧離子又會迴歸到溶液中，PtOx又重新回到了Pt狀態。透過實驗探索，研究人員最終選用+1。1V和-0。5V的電壓來控制Pt薄膜的氧化還原過程。並且，該過程的響應速度極快，只需約100毫秒。

如此高大上的微型機器人，是不是很難實現量產呢？其實不然，因為此款機器人是依靠現有的微電子加工工藝製作出來的。換言之，如果想要批次生產此款機器人，現有的晶片製造公司就可以完成。

微型機器人在醫學、微觀環境探測等領域具有重要的應用意義，有可能協助醫生在人體內部進行手術；協助患者將特定成分的藥物送往體內指定位置；協助人們探索難以觸及的微觀環境，比如核洩漏事故地點。未來，希望微型機器人有更廣泛的應用空間，為我們的生活帶來更多的便利。

作者：山東大學物理系博士任正峰