康奈尔大学研究人员将电子“大脑”放在行走的微米级的微型机器人上

经过康奈尔大学研究团队的精心研发，他们成功地将智能“大脑”植入到了太阳能驱动的微型机器人中。这些微型机器人的尺寸极为微小，从100到250微米不等，几乎与人类的一缕头发宽度相当。尽管它们通常是受外部控制的，但康奈尔大学的这些机器人却拥有自主能力，其自主控制的核心便是一个精密的机载电路。这一电路可以控制机器人的运动，显示出这些微型机器人超凡的智能化水平。

这些微型机器人的“大脑”，是一种硅晶圆上的最终CMOS产品，体现了现代科技对微型机器制造的精湛技艺。康奈尔大学的研究人员在制造过程中使用了高级的工艺和技术，以确保这些微型机器人在执行各种任务时具有高度的可靠性和稳定性。这些微型机器人的研发成功，无疑为未来的微型机器人技术开辟了崭新的道路，也为科研人员提供了广阔的探索空间。近年来，康奈尔大学的研究人员在微观机器领域取得了显著进展。这些微型机器可以爬行、行走、游泳以及通过弯曲改变形态。它们的运动仍然受到外部控制，如电线或聚焦激光束的支配。为了赋予这些微型机器人更大的自主性，康奈尔大学艺术与科学学院的物理学教授伊泰·科恩领导的研究团队开始寻找消除外部控制的方法，使微型机器人能够自由自主移动。

在微型机器人的研发过程中，研究人员面临着诸多挑战。其中，如何将微型机器人扩展到微米级别而没有引线键合和多芯片堆叠是一大难题。传统的CMOS电路包含针对各种功能的焊接线，但这些线路会增加集成电路（IC）的深度、高度和重量，使得缩小机器人变得困难重重。如何将CMOS集成电路和微执行器进行异构集成，以创建全功能的单个机器人也是一大挑战。

微型机器人的智慧之源与精工制造之旅

康奈尔大学的研究团队为我们揭示了微型机器人的“大脑”奥秘。这款机器人的核心是一个简洁的CMOS时钟电路，通过晶体管、二极管、电阻器和电容器的协同阵列工作，产生控制机器人步态的信号。测试阶段，这些微型机器人展现出了惊人的移动能力，可以在每秒移动4至20微米之间。

探索简化之路的制造工艺

光学显微照片为我们展示了这一微型机器人制造的精彩瞬间，每个步骤都凝聚了科技的精髓。从收到的集成电路开始，（A）将电路主体进行蚀刻，（B）连接电路顶部，再到（C）沉积电路与底部硅的互联。为了确保电路的稳定运行，（D）增加了金属屏蔽，抵御外界光线的干扰。接下来，（E）进行支腿铰链面板的蚀刻，并沉积SAA。（F）切割底部硅，将微型机器人释放到水环境中，让它们自由行动。

每一步都是科技的飞跃，每一个细节都展现了工程师们的匠心独运。康奈尔大学的这项研究不仅揭示了微型机器人制造的先进技术，也为我们展示了科技改变世界的无限可能。微型机器人的未来充满了挑战与机遇，让我们拭目以待！研究团队面临的最大挑战是复杂的制造过程，这一过程中涉及了多达13层的光刻、12次蚀刻和11次的沉积，使用了多达10种不同的材料。借助康奈尔大学的纳米级科学技术设施（CNF），他们成功地制造出了一个8英寸的绝缘体硅晶圆。这一成就为微型机器人的发展带来了重大突破，使得微型机器人的光伏电源和CMOS时钟电路能够在不影响机器人腿部运动的前提下运作。

太阳能已成为微型机器人的主要能源来源。通过两对基于光伏的电源，微型机器人能够为其腿部运动和时钟电路提供专用的电力。其中的CMOS时钟电路包含一个弛豫振荡器，该振荡器不仅可作为时钟输出，还可作为频率驱动器。这一频率驱动器由一系列D型触发器构成，能够将脉冲转化为50%的占空比，从而让机器人能够轻松地通过每个输出引脚发送信号。

康奈尔大学的微型机器人技术已经相当成熟，即使搭载了复杂的电路板，这些机器人的尺寸也仅仅相当于人类头发的宽度。它们融合了最先进的科技，展示了微型机器人在未来可能拥有的广泛用途和巨大潜力。这些机器人将在各种领域发挥重要作用，包括医疗、制造、探测等。通过太阳能供电，这些微型机器人可以在无需人工干预的情况下自主运行，为未来的自动化和智能化提供了全新的可能性。在康奈尔大学的实验室里，微型机器人技术正以前所未有的速度发展。研究人员发现，在连续光强度大约为1和3kW/m2的环境下，微型机器人的速度可以达到惊人的12μm/s，相当于每分钟行进约3个体长。虽然通过提高输入频率至4Hz可以进一步提升速度，但研究团队选择了保持工作频率在1到2Hz之间，以确保微型机器人在平坦表面上不会打滑。这种精细的控制展现了微型机器人的超凡能力。

利用CMOS电子设备构建的微型机器人甚至能够响应外部刺激改变其行为。为了展示这一特性，研究人员制造了一款名为“dogbot”的微型机器人。这款机器人不仅具备高度灵活的动作能力，还展示了强大的适应性。

康奈尔大学的研究人员认为，微型机器人在许多领域具有巨大的潜力，包括环境清理、医疗物质监测和显微镜手术等。这些微型机器人甚至可能被用于伤口愈合和组织形态发生的智能机器人，这是一个充满未来感的设想。想象一下，这些微小的机器人在人体内部游走，进行精确的手术操作，或者是在恶劣环境下执行清理任务，这一切都显得如此激动人心。

康奈尔大学的研究团队正在积极探索机器学习算法与微型机器人的结合，希望微型机器人能够自主学习和适应环境。他们希望在未来通过更复杂的任务和基于AI的算法来扩展微型机器人家族，这无疑是一个雄心勃勃的目标。我们有理由相信，这些微型机器人将在未来的科技发展中扮演重要的角色。