隔空搬運巨物！這些只會旋轉劃水的微型機器人如何做到的

微型機器人結構簡單，但大量個體集結后，可以實現復雜結構或功能（圖片來源：《超能陸戰隊》）

在自然界中，有一些小型動物雖然個頭不大、力量平平、智商也有限，可一旦抱團搞協作，它們立刻就能完成“看似不可能”的任務。比如，蜜蜂則能通過同步行動形成蜂群，從而獲得強大的防御能力，并在選取筑巢地址等決策中表現出遠超單一個體的群體智慧。 一群螞蟻可以合作搬動相當于自身體重幾十倍甚至上百倍的重物，堪稱自然界的“大力士軍團”。

于是就有人腦洞大開：咱們能不能將這種“組團開掛”的智慧應用到微型機器人身上，制造出機器人集群？

來自美國康奈爾大學與德國馬普所的研究人員給出了超酷的答案：即便是只有幾百微米大小的微型機器人，只要通過同步旋轉產生流體動力，就可以像螞蟻搬重物一樣合力驅動大齒輪，甚至是移動浮動物體。更絕的是，整個過程中，它們甚至無需直接接觸目標。

多只螞蟻能夠“自發”協作搬走重物，整個過程不需要統一指揮（圖片來源：BolatKemelbekov）

微米級機器人：小身軀蘊含大能量

形形色色的機器人一般都是在各類科幻影視作品中與大眾見面的。原本，大家都癡迷巨型機器人，然而到了后來，大眾卻普遍開始認為：機器人其實越小越神奇！

高大的機器人由于內部空間大，往往擁有堅固的身體結構，強大的液壓動力，復雜的關節以及各種高性能傳感器。但納米機器人太小了，肚子里啥都裝不下，因此只能采用另一種發展思路。

比如這次研究中的微型機器人就是一種極簡單的小型機械：僅幾百微米大小的微型圓盤，表面涂有一層薄薄的磁性材料。像這樣的機器人，單個個體也就只能在水面上轉圈圈，根本無法執行任何任務。但要是讓成百上千的機器人協同作業呢？那結果就截然不同了，這種集群式機器人可以實現微觀世界中令人意想不到的操作——推動齒輪、驅動浮動物體，甚至像螞蟻搬重物那樣整體帶動更大的物體！

那么這種“超能力”是如何實現的呢？原來，研究人員會將這些微型圓盤置入水中，并對其施加外部旋轉磁場來驅動它們旋轉。

單個圓盤產生的水流微乎其微，但當數十、數百甚至上千個圓盤聚集在一起時，旋轉產生的水流相互疊加，就能形成穩定且可控的流體力矩。這股無形的力量就像螞蟻協作時的群體推動力，能將目標物體輕輕帶動起來。

旋轉單個微盤的流動模型，數百個微盤協同行動，就能產生大力矩（圖片來源：Steven Ceron et al., Science Advances, 2026）

項目研究者科爾斯汀·彼得森副教授指出，在微觀尺度下，通過直接接觸來搬運物體極難實現，于是他們用流體動力玩了一手超巧妙的 “平替方案” 。通過擾動目標周圍的水流，微型機器人可以懸空轉動齒輪，搬運重物！

協同旋轉如何解鎖“御物”魔法

研究人員彼得森所在的實驗室長期關注機器人如何通過物理交互來展現集體智慧。對于這些微型圓盤來說，雖然個體的結構簡單，但在協同旋轉時，它們產生的水流會相互疊加影響，形成復雜的涌現行為（Emergent behavior，指由多個簡單個體相互作用而產生的、單體無法獨立實現的復雜行為）。當小機器人圓盤旋轉時，水流、水表面張力以及磁力所產生的相互作用，會使整個集體呈現出遠超單體能力的行為模式。

為了切實驗證和記錄這種“協作力量”的效果，研究團隊分組選取了十多個到上千個機器人圓盤，結合計算機模擬和實驗驗證兩種方法，來探索這些機器人對于不同結構物體的驅動能力。結果直接讓人看呆了，微型機器人不僅能同時驅動多層同心圓環和齒輪，還能操作抓手和浮動結構，甚至協力帶著數十個物體一起運動。

微型機器人驅動齒輪旋轉（圖片來源：Steven Ceron et al., Science Advances, 2026）

更令人驚訝的是，在一些實驗中，部分機器人還“自學成才”，玩起了“仿生爬行”——當面對幾毫米長的巨大搬運物（相對于機器人而言很大） 時，機器人竟然自動聚集到了物體的一側，像是一條毛毛蟲在沿著物體邊緣“爬行”，將物體整體帶動著旋轉——這就好像是這群小小的機器人擁有了自己的智慧，在有意“策劃”自己的搬運方式一樣。

研究人員指出，這種“爬行行為”并非有意設置的結果，而是由水流和邊界條件的自然相互作用產生的。這種現象展示了微觀機器人群體如何通過物理交互實現高效的協作，而非依賴復雜傳感器或計算進行刻意地控制。

在一些情況下，聚集起來的微型機器人表現出一種類似“動物爬行”的姿態（圖片來源：Steven Ceron et al., Science Advances, 2026）

無接觸操控，打開應用新圖景

微型機器人依靠流體力矩操縱物體的現象揭示出一種非接觸式驅動的新思路。一些研究者立刻就想到，這在微創醫療中會很有應用價值！運用這種手段，機械無需直接觸碰人體組織就可以實現精確操作，大幅降低了組織損傷的風險。

與此同時，相對于建造復雜單一的機械裝置，利用大量簡單微型機器人協作驅動毫米級齒輪或抓手，不僅可行性高，而且靈活性也強。研究人員強調，這其實是一種“以多補弱、聚小成大”的協作理念，如果能通過觀察和總結不同情況下機器人的協作方式，將來或可以精準預測流體力場，從而設計出不同的集體行為，從旋轉小齒輪到搬運浮動物體，實現精密操作。

蜂群式機器人是科幻電影里的常駐角色（圖片來源：《黑客帝國》）

所以，你也可以這么理解：微型機器人群體的協作能力，就像螞蟻群一樣，可以擴展個體的操作能力。這種集體智慧不僅屬于自然，也能被人類科技所借鑒。微型機器人的世界，既是對自然界協作奇跡的微觀致敬，也是科學與工程之間所嘗試過一次最可愛的聯手。（撰稿/宋世超）

參考資料：
[1]. Techxplore → Swarming microrobots use spinning flows to turn gears without touching
[2]. 《科學》雜志science → Fluidic torque–enabled object manipulation by microrobot collectives
[3]. Earth.com → Tiny microrobots move objects thousands of times their size