20世紀60年代，一部榮獲奧斯卡最佳視覺效果大獎的科幻電影《神奇旅程》描述了科學家駕駛“微型潛水艇”在人體內的冒險之旅，將大眾的視線轉移到了神奇的微觀世界。然而，在微觀領域進行探索和操作，需要一類小的機器人作為幫手，它們能在微米尺度、甚至是納米尺度進行工作。今天就讓我們走近一類特殊的微型機器人——藻類細胞機器人，探秘一下這支微觀世界里的奇兵。

藻類細胞是一類在水中自由游動的微生物，尺寸通常為幾微米至幾十微米，只有頭發絲直徑的十分之一。藻類細胞能夠從周圍液體環境中獲取能量，并高效地將化學能轉化為鞭毛的機械能，帶動細胞向前游動，游動速度能達到自身體長的十倍以上，可以稱得上是微觀世界里的高速列車。在它身體的前端還具有一個“眼點”，可以接受光源的刺激，并迅速做出響應。

藻類細胞機器人示意圖

從工程學的角度來看，藻類細胞具有感知和驅動能力，如同一個個微型機器人，然而藻類細胞在水中都是任意游動的，如何讓藻類細胞實現機器人化運動，使其按照人們給它發出的指令來運動和做功就不是一件容易的事情了。為了讓藻類細胞機器人聽從指揮，研究人員設計了一種巧妙的“光引導”系統，就像用繩子牽著牛走一樣，利用光線牽引藻類細胞按照人的命令來行動。研究人員給藻類細胞機器人制定了“右轉”交通規則，讓藻類細胞機器人在微流控管道中經過“十字路口”時，朝向自己的右手邊轉向，遍歷四條“街道”，最后回到自己的出發點。同樣可以給藻類細胞機器人事先規劃好一條路徑，讓藻類細胞機器人沿著這條線路運動。

藻類細胞機器人沿著三角形軌跡運動

在宏觀世界里人們可以用牛來拉貨，在微觀世界中能否利用藻類細胞機器人來傳輸貨物呢？答案是肯定的！通過對藻類細胞機器人的群體控制，研究人員成功實現了對微小物體準確地抓取、可控地傳輸和精確地釋放。

在實現了藻類細胞的機器人化運動基礎上，研究人員又進一步實現了藻類細胞機器人的陣列化旋轉。結合光誘導介電泳技術（ODEP），實現了對藻類細胞的快速捕獲及陣列化旋轉，且通過改變光強可有效調節細胞旋轉速度。構建的藻類細胞旋轉陣列有望作為微尺度馬達陣列，在微流控及生物驅動領域發揮重要作用。

Lab on a Chip封面刊載中科院沈陽自動化所藻類細胞機器人的科研成果

藻類細胞定向旋轉陣列

利用藻類細胞作為機器人本體，解決了傳統的微型機器人在能量供給和控制信息傳遞方面遇到的問題。通過對藻類細胞機器人的運動控制，已經實現對微小物體和流體的驅動。藻類細胞機器人作為一種新型微型機器人，是微觀世界里的奇兵，它們將在生物驅動、藥物輸運、環境監測和微納制造等方面為人類做出貢獻。（文章來源作者：中國科學院沈陽自動化研究所轉載僅供參考學習及傳遞有用信息，版權歸原作者所有，如侵犯權益，請聯系刪除）