Nature Materials: 膠體機器人，小小身體卻無窮潛力

機器人有組件一起工作來完成一項任務。膠體是顆粒，通常小于100微米，小到不會從溶液中沉淀出來。膠體機器人是能夠具有感應、計算、通信、運動和能量管理等功能的粒子，這些功能都由粒子本身控制。他們的設計和合成是借鑒材料科學、膠體科學、自組裝、機器人物理學和控制理論的跨學科研究的新興領域。許多膠體機器人系統自主地接近生物細胞的合成版本，并可能發現將這些專門功能帶到以前無法訪問的位置的最終效用。本視角研究了新興文獻，并強調了實現膠體機器人的某些設計原則和策略。

膠體機器人（CR）是自主顆粒機器，在膠體條件下采用“感覺-計劃-行動”范式，目標是將微觀機器人系統部署到新環境中。這種環境中的自主性被定義為機器在沒有外部驅動和監督的情況下做出決策（或“計算”）的能力。此類計算可以通過以下方式進行：

（1）用于信息輸入的傳感器

（2）用于邏輯計算和數據存儲的中央處理單元

（3）用于信息傳輸的通信通道

（4）驅動和運動模式和/或

（5）車載能量收集和/或存儲單元以模塊化方式集成到膠體微顆粒中。

隨著機器人設備縮小到亞毫米尺寸，它們開始承擔膠體系統的行為。典型的膠體現象，如布朗運動、聚集和沉積，可以被視為需要克服的挑戰性障礙，或使CR設計的特征得以利用。它們體積小，很容易分散。首先，它們的熱能會導致位置和方向上的大量位移，導致以線性和旋轉擴散系數為特征的隨機漫步（布朗運動）。因此，CR的位置和方向可能會快速和不可預測地變化，如果布朗運動與其推進速度相稱，這對從A點到B點的機器人構成了挑戰。另一方面，這意味著足夠小的CR將擴散，僅使用環境熱能（例如，監測化學反應堆中的條件）通過介質自由擴散。

導致CR分散性的第二個關鍵因素是其表面積與體積比相對較高，這導致與引力反部分相比阻力強，最終導致膠體顆粒的沉降速度緩慢。在這種情況下，“緩慢”取決于上下文：類似的沉降速度可能意味著CRs在游泳池中懸浮數天，但在幾秒鐘內從血管中沉積出來。了解CR沉降行為不僅在水環境中很重要，而且在空氣中，對于可氣溶膠電子系統。