Science子刊封面 | 免组装集成，新研究借助生物分子马达自动构造微型机器人

几十年来，智能微型机器人的研究越来越多。通过小型化组件和系统，微型机器人有望在小范围内执行复杂的任务，如细胞定位、靶向药物输送和微创手术。微型机器人的发展已经从硬质结构开始向柔性结构过渡，不受束缚的软体微型机器人受到越来越多的关注。

不过目前看来，不受束缚的软体微型机器人的制造存在一些局限性，例如组装和集成都是基于传统方法。机器人上的微型部件通过不同的微加工工艺在不同地方制备，然后才能组装成一个具有特定功能的微型机器人。

这一点和大自然中的生物不同。细胞、组织、器官等生物系统是通过协调超分子和细胞进程自下而上自组装的。我们以小鼠为例，在小鼠肢体肌肉骨骼系统的发育过程中，第一步是通过间充质干细胞、肌源细胞的分化和增殖形成肢体初级骨骼结构和肌肉；然后，骨骼和肌肉之间生成骨嵴和肌腱，形成小鼠的功能性肢体。我们可以将小鼠的这种发育方式称为原位构建（situ constructed）。

如果微型机器人可以用类似于小鼠的方式进行原位构建，那么机器人系统将更容易形成，避免复杂的组装和集成，从而降低相关成本。

已有研究证明原位构建可用于制造软体微型机器人，不过将其成功应用于微型机器人的关键是合适的活性材料。这种材料必须具有一种特殊的性质，即通过微加工就能图形化（patterned）所需的 2D 或 3D 结构，并按照目标机械结构自主组装。

基于此，活性材料可以考虑生物分子马达（biomolecular motor），其主要由生物大分子构成，可有效地将化学能转化为机械能。生命体的一切活动，包括肌肉收缩、物质运输、DNA 复制、细胞分裂等，追踪到分子水平都是来源于具有马达功能的蛋白质大分子做功推送的结果。

最近的研究表明，在体外，生物分子马达可以由活性收缩材料组成，并且人工地将分子马达组织成大阵列取得了一些进展，这些阵列可以达到活细胞中肌肉收缩所产生的力和运动水平。

在之前的工作中，就有研究者提出了一种具有光诱导的分子马达收缩网络，在紫外线 (UV) 照射下，形成肌肉状分层组织。如果将这种网络固定在照射区域，就会产生微牛顿拉力。这种人造肌肉将分子马达的纳米级作用放大到工程系统的宏观运动。人造分子马达的扩展性和收缩性都比较强，为微型机器人的应用提供了希望。

现在，来自大阪大学、岐阜大学等机构的研究者提出了一种原位制造微型机器人的方法。该研究登上《Science Robotics》封面。

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