能够在微生物世界中运作的微型机器人，或将为科学家提供一种直接操控无法徒手处理的物体的新方法。这些微型机器的直径约为人类头发直径的五十分之一，使研究人员距离与微观世界直接交互这一长期追求的目标更近了一步。
这一能力对于水中的生物材料尤为有用，包括单个细胞和细菌。在这一尺度上精确控制和移动物体一直是一项持续性挑战。新开发的纳米机器人已经证明，收集细菌、运输细菌并在指定位置释放细菌是可行的。
光驱动与导航
研发如此微小机器的最大障碍之一，在于找到一种有效的驱动和控制方式。在德国维尔茨堡尤利乌斯-马克西米利安大学，由贝尔特·赫希特教授领导的研究团队一直致力于开发一种解决方案——利用单个光子产生的反冲力来驱动被称为微型无人机的显微装置。
这些装置最多包含四个等离激元纳米天线。这些天线能吸收特定颜色和螺旋性的光线，并将其沿特定方向射出。每次重定向光子都会产生微小的反冲力，原理上类似于子弹射出时产生的反冲。由于微型无人机质量极小，这些极其微弱的力也能产生可观的加速度和速度。
在最新研究中，研究人员进一步缩小了光驱动机器人的尺寸，制造出了小于一微米的装置。在保留光子反冲推进原理的同时简化转向系统，是在如此尺寸下实现这一目标的关键。
新的控制方法利用了内置于机器人中的纳米级天线导线。这些导线天然倾向于与入射光的偏振方向对齐。通过改变光的偏振方向，研究人员可以控制纳米机器人的朝向。与此同时，光子反冲继续驱动其前进，形成了一套类似于大型车辆方向控制的转向系统。
纳米机器人充当"微型清洁器"
"本质上，我们构建了一种光驱动纳米机器人，能够追踪并收集细菌，"该研究的首席实验科学家秦瑾表示，"通过简化设计，我们达到了这些机器人能够直接在微生物世界中运作的尺寸——几乎就像微型清洁装置一样。"
这些机器人的机动性也极强，能够以极快的速度完成90度转弯，从而以有组织、高效率的方式扫描样本的大范围区域。它们还能选择性地捕获、携带和释放大量细菌。
在受控实验室条件下，纳米机器人能够有效"清洁"微观环境，将细菌从一个区域聚集后转移至指定位置。
"这是一个极具说服力的例子，展示了光不仅可以用于观察微观世界，还可以主动塑造微观世界，"贝尔特·赫希特补充道，"微型机器人清洁器的概念听起来或许像科幻，但我们已经在演示使其成为可能的物理原理了。"
即使在携带较大细菌群的情况下，这些机器人仍能保持完全的机动性，尽管在额外负载下速度会有所下降。在运输较大细菌簇时仍能保持运作的能力，预示着其在微生物学、生物医学研究以及微观尺度材料精密操控领域的潜在应用前景。
Q&A
Q1：光驱动纳米机器人是如何移动和转向的？
A：纳米机器人利用光子反冲力实现驱动——天线吸收特定颜色的光并定向发射，每次重定向光子都会产生微小推力。转向则通过改变入射光的偏振方向实现，机器人内置的纳米天线导线会自动与偏振方向对齐，从而改变朝向。两者结合形成完整的驱动与转向系统。
Q2：纳米机器人收集细菌有什么实际用途？
A：纳米机器人可以在微观环境中追踪、捕获、运输并在指定位置释放细菌，相当于微型"清洁装置"。这一能力在微生物学研究、生物医学应用以及微观尺度材料操控领域具有重要潜力，例如对单个细胞或细菌进行精准定位和操控，完成人手无法实现的显微操作任务。
Q3：纳米机器人有多小？携带细菌时还能正常工作吗？
A：纳米机器人直径小于一微米，约为人类头发直径的五十分之一，可直接在微生物尺度中运作。携带较大细菌群时，机器人仍能保持完全机动性，可以完成转向和移动，但速度会有所下降。研究人员认为这已足够证明其在实际应用中的可行性。
