像蟻人般的微型機器人有可能實現嗎 ?

2018.07.18 by
楊谷洋
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來自上個世紀南台灣高雄,現任教於交通大學電機系,專攻機器人領域,對機器人電影、小說、社會議題都很有興趣,希望與大家分享機器人的樂趣與魅力!著有《羅伯特玩假的?破解機器人電影的科學真相》一書。

像蟻人般的微型機器人有可能實現嗎 ?
Krikkiat via Shutterstock
微型機器人中的每個元件都是需要細細雕琢。該如何運用工程手段復刻出蟻人機器人呢?這可是個超高難度的挑戰,但正也是開發微形機器人的樂趣所在。

觀賞機器人科幻電影時,最吸引眾人目光的應該還是像《變形金剛》中類似柯博文與密卡登這種身軀高大、外型酷炫的機器人吧!但可別忽略了片中偶而會出現的一些超小型變形金剛,它們雖不起眼,卻能對劇情的發展起關鍵作用,像是在第二集《復仇之戰》出現的蒼蠅型超級微型機器人,憑它無孔不入、四處滲透的本事,屢屢偵測到有利於狂派的軍情,除了讓人氣得牙癢癢的之外,是情蒐界的絕佳典範。

從工程角度來看,就像大卡車之於小客車,大型機器人建造難度明顯提升,但個頭嬌小的微型機器人就比較容易製作嗎?事實上,當尺寸降到某個程度之後,技術上挑戰就會一一浮現,就像半導體製程一樣,從次微米邁入奈米,一路走來充滿艱辛!然而,製造一部微型機器人可不只需要晶片而已,還需要機構本體、馬達與感應器等元件,所謂「麻雀雖小,五臟俱全。」機器人的標準配備一樣都不能少,這可不容易!

目前微型機器人的進展如何呢?

根據近期媒體報導,美國華盛頓大學的研究團隊已經研發出微型飛行機器人RoboFLy,它的重量只有一根牙籤重,利用雷射照射頭部的太陽能板提供電力,因此可無線飛行,免去攜帶電池,但也因為必須維持雷射光照射,無法飛太遠,只能短暫飛行。即使如此,RoboFLy已經開啟許多可能,相信在動力來源改善後,在飛行範圍與續航力上勢必能提昇。

美國一線大學,如哈佛大學、麻省理工學院與加州大學等,持續都有類RoboFLy的研究,原因就在於它極高的應用價值,除了前面所提到可用於偵搜博派變形金剛的蹤跡外,也可用來協助災區搜救、環境監測與植物授粉等。

要開發這麼小尺寸的機器人難度當然很高,整體機構以及控制模組都必須大幅微小化,這不是傳統機電系統的製造方式可以辦到,而是要建構出所謂的微機電系統(Micro-electro-mechanical Systems,MEMS)。話說MEMS中的元件大小,一般介於1到100微米 (也就是0.001到0.1公厘),這是肉眼難以分辨的程度,是不是回頭打造鋼彈還比較實際些?

隨半導體的進展,有機會開發出奈米等級的奈機電系統嗎?

話雖如此,微型機器人仍持續往更小尺寸邁進,隨著半導體製程技術的進展,有朝一日真有機會開發出奈米(0.001微米)等級的奈機電系統(Nano-electro-mechanical system)嗎?

根據報導,美國加州大學早先已成功開發出約20微米長、人類頭髮寬度,足以進入老鼠體內的管狀機器人Nanobot。它身形極其細小,但仍具有類似微馬達的運動機制,足以在動物體內移動,並且可與生物組織相容,不至於危害生命本身。當它進入老鼠胃後,便開始溶解,管內的藥物也隨之滲透到胃中。拜它可在生物體內自行移動的特性所賜,相對於一般藥物經由被動方式吸收,它更能精準直指關鍵部位,療效自然大增,也順勢開啟了新的醫學治療途徑。

綜觀近幾年的科幻大片,屢屢都是具有諸般神力漫威英雄的天下,但其中竟也包括了一位由保羅.路德所飾演的「蟻人」,蟻人當然就是螞蟻般大小,他個頭雖小,威力仍是漫威等級,也能指揮螞蟻大軍,而且還有黃蜂女當女朋友,絕對稱得上是微型機器人的最佳榜樣。

當然蟻人的「機構」本身就是由人體縮小而來,無須費心打造,而微型機器人中的每個元件都是需要細細雕琢。該如何運用工程手段復刻出蟻人機器人呢?這可是個超高難度的挑戰,但正也是開發微形機器人的樂趣所在。

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