在微纳制造与生物医学交汇的前沿，机器人“小到能用、并且能自主工作”一直是关键门槛。近日，美国宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院与美国密歇根大学联合宣布，团队研制出目前已公开报道中“世界最小的可编程、全自主机器人”：这些微型游动机器人几乎肉眼难辨，却能在无外部牵引、无磁场、无“遥控摇杆”控制的情况下，自行感知环境并调整行为，为微尺度制造、细胞级监测等应用打开新的工程路径。

据介绍，单个机器人尺寸约为200 × 300 × 50 微米（约 0.2 × 0.3 × 0.05 毫米），小于一粒盐；其内部集成了微型计算与传感单元，并通过微型太阳能器件进行光供能，可在液体环境中连续运行数月，制造成本可低至“每个约一美分”。论文成果发表在《Science Robotics》与《PNAS（美国国家科学院院刊）》等期刊，其中《Science Robotics》对应工作聚焦“可计算、可决策”的机器人平台，《PNAS》工作则系统阐述了其关键推进机理。

在“运动”这一最难环节上，团队避开了微尺度下极易失效的微小腿、臂等结构，转而采用电化学/电动学思路：机器人通过电极在周围溶液中生成电场，推动离子迁移并带动邻近水分子形成推力，相当于“让水动起来，从而带动机器人前进”。美国宾夕法尼亚大学电气与系统工程助理教授、论文资深作者 Marc Miskin 用形象比喻解释微尺度阻力环境：“小到一定程度，在水里运动就像在焦油里推行。”他同时强调，团队把自主机器人尺寸推进到过去难以企及的量级——“我们把自主机器人做小了 10,000 倍”，由此开启了可编程机器人新的尺度空间。在该推进机制下，机器人最高速度可达每秒约一个“自身身长”，并可呈现复杂轨迹甚至协同“群游”。

而真正让其跨入“自主”门槛的，是把“脑、感知与能量管理”压缩到亚毫米级。美国密歇根大学（University of Michigan）电气与计算机科学教授 David Blaauw 团队负责超低功耗计算系统的集成：其太阳能供电单元在该尺度下输出仅约 75 纳瓦，比智能手表功耗低超过 100,000 倍；为在如此微弱能量预算下运行处理器与存储，研究人员开发了超低电压电路并将功耗进一步压缩，同时通过重构指令体系，把原本需要多条指令完成的推进控制“折叠”为更短的程序表达。Blaauw 表示：“我们看到 Penn Engineering 的推进系统与我们的微型计算机是‘天生一对’。”

在传感能力上，团队为该批次微型机器人配置了温度传感器，可实现约 1/3 摄氏度的温度分辨，并能沿温度梯度进行趋向运动或回报局部温度（可作为细胞活动的代理指标）。更具工程巧思的是“通信”：机器人通过特定“摆动舞步”的细微差异编码测量值，研究人员在显微镜与相机下解码其“舞姿信息”，Blaauw 将其类比为蜜蜂的“摇摆舞”交流方式。 机器人还可通过光脉冲实现编程与供能一体化，并具备唯一标识，从而支持对不同机器人加载不同任务程序。

宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院是该校工程研究与人才培养核心机构之一，在机器人、材料与微纳系统方向长期投入；密歇根大学在集成电路与超低功耗计算领域积累深厚，相关实验室曾推动“亚毫米计算机”等纪录级成果进入学术与工程视野。该研究获得美国国家科学基金会等机构支持；同时文中亦提及美国国防高级研究计划局（DARPA）曾促成研究者早期交流，以及日本富士通半导体等单位在项目支持名单中出现，显示这一微型机器人平台与先进半导体生态存在天然耦合。

研究团队认为，这一版本更像“通用平台的第一章”：未来可在保持可规模化制造的前提下，进一步扩展程序复杂度、提高速度、引入新型传感器并进入更具挑战的环境。Miskin 表示，“我们已经证明，你可以把大脑、传感器和马达放进几乎看不见的东西里，并让它存活、工作数月；有了这个地基，就能叠加更多智能与功能。