這種微型機器人如何在沒有感測器的情況下移動？

微型機器人透過自身柔韌鏈狀結構與環境的互動產生運動行為。在電場驅動下，形狀與運動之間產生持續回饋——形狀影響移動方式，移動又改變形狀，因此不需要感測器或軟體就能實現自主導航與避障。

這種微型機器人有多小？

組成元件僅 5 µm，連接桿更只有 0.5 µm，遠小於人類頭髮直徑（70-100 µm）。使用 Nanoscribe 3D 印表機製造，已接近 3D 列印技術的物理極限。

研究團隊認為最有潛力的應用包括標靶藥物遞送、微創醫療手術及體內診斷。由於機器人能在複雜環境中自主導航並推開障礙物，非常適合在人體內部執行任務。

荷蘭萊頓大學（Leiden University）的 Daniela Kraft 教授與研究員魏夢詩（Mengshi Wei）成功開發出一種微型機器人，不需要感測器、軟體或外部控制，僅靠自身形狀及與環境的互動方式，就能產生自主行為。這類機器人為生物醫學應用開啟了全新的可能性。

這些微型機器人的設計靈感來自大自然。Kraft 教授表示：「像蠕蟲和蛇這樣的動物在移動時會不斷調整身體形狀，幫助牠們在環境中導航。大型機器人同樣利用柔韌性來實現功能。然而，過去的微型機器人不是體積小但結構剛硬，就是具有柔韌性但尺寸偏大。我們想知道能否在實驗室中實現既小又柔軟的微型機器人。」

為了驗證這個想法，研究團隊設計了一種由柔性連接段組成的鏈狀軟結構，並使用 3D 微型印表機（Nanoscribe 3D 印表機）將其列印出來。令研究人員驚訝的是，一旦開啟電場，這些鏈狀結構就會開始移動。當它開始「游泳」時，其柔韌性賦予它一種栩栩如生的外觀。

研究團隊在測試這些機器人的能力時獲得了許多樂趣。魏夢詩說：「當機器人被減速甚至停止時，它會開始擺動尾巴，就像想要掙脫束縛一樣。這是因為後方的元件仍然想要移動，而由於它們的柔韌性，確實可以做到。」

Kraft 教授補充道：「不僅如此，我們發現機器人的形狀與運動之間存在持續的回饋機制：形狀影響它的移動方式，而移動又會改變它的形狀。因此，這種微型機器人能夠感知環境對其身體的改變並做出反應，使其看起來像有生命一樣。這意味著我們不需要微型電子元件就能整合智慧功能。」

魏夢詩指出：「當我們的微型機器人遇到障礙物時，它會自動尋找另一條路線。當兩個機器人相遇時，它們會自然而然地轉向避開彼此。」這些機器人甚至能在高密度環境中移動，並將阻礙其運動的物體推開。

這些微型機器人自主導航複雜環境的能力，為生物醫學應用開啟了令人振奮的可能性，包括標靶藥物遞送、微創醫療手術及診斷等領域。

Kraft 教授表示：「我們現在需要全面了解這種動態且功能性的行為是如何產生的。這些知識將幫助我們開發更先進的微型機器人和裝置，同時也有助於更好地理解生物微型游泳者和微生物的物理學原理。」

項目	規格
結構	由自驅動元件組成的高柔韌性鏈狀結構
材料	合成材料，使用 Nanoscribe 3D 印表機在實驗室中列印
元件尺寸	5 µm
連接桿尺寸	0.5 µm*
驅動方式	自驅動元件（電場驅動）
移動速度	7 µm/秒

*作為對比，人類頭髮直徑約為 70-100 µm。這已經是 3D 列印技術在技術上能實現的極限。

Life-like behavior emerging in active and flexible microstructures, Mengshi Wei and Daniela J. Kraft.

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