微型、模块化、可移动——DNA连接的微型机器人为医学和制造业提供了新的可能性

当机器人由模块化单元制成时，它们的尺寸、形状和功能可以被修改以执行任何数量的任务。在微观尺度上，模块化机器人可以实现靶向药物输送和自主微制造等应用；但制造数百个红细胞大小的相同机器人也有其挑战

卡内基梅隆大学机械工程系博士生Taryn Imamura解释说：“在这种规模下，机器人还不够大，无法容纳微控制器来告诉它们该做什么。”

“活性胶体（机器人）具有我们所说的具身智能，这意味着它们的行为，包括它们的行进速度，都是由它们的大小和形状决定的。与此同时，随着它们变小，制造具有相同大小和结构的微型机器人变得更加困难。”由早期的制造方法创建。在本科生研究员Nicholas Chung的支持下，她通过使用物理模板过滤机器人组件的尺寸，并创建对身体计划和模块排列进行精细控制的复杂组件，实现了这一目标

Imamura说：“通过利用模板的材料特性，我们解决了制造挑战，这样我们就可以批量生产这些结构，并研究这些机器人在群体水平上的行为。”。“我们希望利用这项技术来回答有关胶体微机器人动力学和功能的许多悬而未决的问题。”由Rebecca Taylor和Sarah Bergbretier共同建议的Imamura能够通过使用具有高表面能的材料（如聚碳酸酯和聚苯乙烯）作为模板和微球，在不影响对微观结构几何形状控制的情况下增加组装的微机器人数量。这一发现将导致更复杂的微观结构的组装，如用于靶向药物输送的微型机器人和用于微流体混合的微型转子

来源：先进材料技术（2024）。DOI:10.1002/admt.202401584

该团队的活性胶体也使用顺从的DNA纳米结构连接在一起，这一创新使它们灵活、敏捷，并对环境中的信号做出反应。利用DNA等生物聚合物构建这些机器人，还可以让研究人员将DNA纳米技术文献中已有的传感器添加到机器人中，以构建一个微型移动实验室。

“我们已经证明，我们的微型机器人中的DNA可以让它们在受到不同刺激时执行特定的动作，如受控拆卸，”她解释道

“我们可以想象，其中一个微型wimmer将药物携带到身体的特定部位，一旦到达目的地，微型wimers就会收到拆卸信号。一旦发生这种情况，微型wimmers就不会再移动，药物将留在目的地。”

通常，DNA纳米技术只能使用昂贵的设备进行研究。在这种情况下，由于DNA附着在微米级颗粒上，研究人员可以通过在显微镜下观察活性胶体运动的变化来实时观察任何纳米级现象，例如DNA结构改变形状

Imamura说：“除了创造形状、大小和连接灵活的活性胶体群体外，我们还降低了进入这项研究的门槛。”

“我相信，让更多来自不同背景的研究人员研究这些复杂的问题将有助于我们走得更远，通过使这项研究更容易获得，我们的工作将有助於推动该领域向前发展。”