Nature Materials: 胶体机器人，小小身体却无穷潜力

机器人有组件一起工作来完成一项任务。胶体是颗粒，通常小于100微米，小到不会从溶液中沉淀出来。胶体机器人是能够具有感应、计算、通信、运动和能量管理等功能的粒子，这些功能都由粒子本身控制。他们的设计和合成是借鉴材料科学、胶体科学、自组装、机器人物理学和控制理论的跨学科研究的新兴领域。许多胶体机器人系统自主地接近生物细胞的合成版本，并可能发现将这些专门功能带到以前无法访问的位置的最终效用。本视角研究了新兴文献，并强调了实现胶体机器人的某些设计原则和策略。

胶体机器人（CR）是自主颗粒机器，在胶体条件下采用“感觉-计划-行动”范式，目标是将微观机器人系统部署到新环境中。这种环境中的自主性被定义为机器在没有外部驱动和监督的情况下做出决策（或“计算”）的能力。此类计算可以通过以下方式进行：

（1）用于信息输入的传感器

（2）用于逻辑计算和数据存储的中央处理单元

（3）用于信息传输的通信通道

（4）驱动和运动模式和/或

（5）车载能量收集和/或存储单元以模块化方式集成到胶体微颗粒中。

随着机器人设备缩小到亚毫米尺寸，它们开始承担胶体系统的行为。典型的胶体现象，如布朗运动、聚集和沉积，可以被视为需要克服的挑战性障碍，或使CR设计的特征得以利用。它们体积小，很容易分散。首先，它们的热能会导致位置和方向上的大量位移，导致以线性和旋转扩散系数为特征的随机漫步（布朗运动）。因此，CR的位置和方向可能会快速和不可预测地变化，如果布朗运动与其推进速度相称，这对从A点到B点的机器人构成了挑战。另一方面，这意味着足够小的CR将扩散，仅使用环境热能（例如，监测化学反应堆中的条件）通过介质自由扩散。

导致CR分散性的第二个关键因素是其表面积与体积比相对较高，这导致与引力反部分相比阻力强，最终导致胶体颗粒的沉降速度缓慢。在这种情况下，“缓慢”取决于上下文：类似的沉降速度可能意味着CRs在游泳池中悬浮数天，但在几秒钟内从血管中沉积出来。了解CR沉降行为不仅在水环境中很重要，而且在空气中，对于可气溶胶电子系统。