弹出化学气泡可以为微型机器人的手臂运动提供动力。从细菌到人类，生物体之所以具有自主性，很大程度上是因为运动——将储存的能量转化为缓慢重复的电信号和机械信号，从而使生物体能够四处移动。

但这些相对缓慢的运动，如苍蝇翅膀的颤动或人的奔跑，被称为低频振荡，很难在电子设备中重现。研究人员无法做到这一点已成为开发完全自主的微型机器人的主要障碍。

现在，由西北大学和麻省理工学院(MIT)领导的团队发现了一种仅使用化学就能创造缓慢运动的方法，并将其应用于微型机器人。这一发现也带来了对热力学的新理解，其中不对称性和差异性有利于系统。

“目前还没有在微型机器人中产生慢速振荡的方法，”共同第一作者和博士ThomasA.Berrueta说。西北大学机器人与生物系统中心的候选人。“使用电子设备将需要比在这些规模上可行的更多的计算。”

研究结果将发表在《自然通讯》杂志上。Berrueta的共同第一作者JingFanYang是麻省理工学院的研究生。

为了进行这项研究，工程师们首先创建了一个振荡器，该振荡器是通过与一对位于一滴过氧化氢顶部的活性微粒相互作用而形成的。令团队惊讶的是，引入的粒子越多，运动就越稳定——但前提是粒子的化学反应水平非常不同。为了理解这种“不对称诱导的秩序”，该团队开发了一种新的热力学理论来解释这种行为在他们的系统和许多其他系统中的出现。

“我们的想法源于这样一种想法，即允许我们大规模制造可靠机器的设计原则实际上可能并不适用于我们正在工作的规模，”Berrueta说。“想想生物学，我们知道细胞的分子机制非常强大，尽管杂乱且不精确。”

精密工程是一种涉及极其精确机械设计的策略，是贯穿许多工程领域的主要技术。但Berrueta受到西北温伯格艺术与科学学院物理学和天文学教授AdilsonMotter研究的启发，他研究网络和复杂系统中的不对称性，尝试了一种不同的策略。

在发现不对称性也有利于创造自发的有序运动后，该团队使用微型机械臂对他们的理论进行了测试。通过引入更具反应性的粒子(从而破坏对称性)并添加更多标准粒子，研究人员发现他们可以在微型机器人手臂中产生一致的周期性运动。

西北大学麦考密克工程学院机械工程教授ToddD.Murphey是该论文的资深作者，也是Berrueta的顾问，他表示，摆脱精密工程可以使更多项目和领域受益，并推动微型机器人未来的自主性。

“有一种假设在工程中相同性更好，”Murphey说。“但我们需要确保以精度为导向的方法确实有助于我们关心的应用程序。在某些情况下，不规则的零件实际上会更好——制造不完全相同的零件可能会更便宜。”

这篇论文在整个合作过程中激发了新的想法，Berrueta说他很高兴看到团队的想法还能应用到其他地方。

“我们将继续合作，”Berrueta说。“基于不精确性的设计理念几乎是可扩展的。我们希望它能在机器人技术、人工智能以及微纳米工程领域取得丰硕成果。”