折纸鹤可能是很多人的童年回忆。

论文作者来自美国康奈尔大学（原子和固态物理实验室、机械与航空航天工程学院、应用与工程物理学院、卡弗里纳米尺度科学研究所）、宾夕法尼亚大学（电气和系统工程系）。

何为「纳米级形状记忆驱动器」？

论文合著者之一、康奈尔大学物理学教授 Paul McEuen 表示：

人类已经学会了如何建造大规模的复杂系统和机器，但我们还没有学会如何在小尺度上制造机器，而这将是人类学习建造细胞级大小机器的重要一步。

先来思考一个问题：设计一个功能齐全的纳米级机器人，需要加入哪些组件进去？

复杂的电子电路、光伏、传感器、天线等自然都必不可少，但同样重要的是，如果想让这款机器人动起来，它还得学会弯曲。

考虑到这一点，形状记忆驱动器（shape memory actuator）将是一大关键。

那么，何为形状记忆驱动器？

论文介绍，其原理在于形状记忆效应，即某些材料在暴露于外部刺激（例如温度、电场、磁场或光）时能保持临时形状并可恢复其原始形状的能力。

基于这一效应的形状记忆驱动器允许机器人、医疗植入物等设备在没有持续供电的情况下保持形状，这种特性在设备不受束缚且电力有限的情况下显得尤其有利。

实际上，要想把这种驱动器用于纳米级机器人，理想情况下须做到以下几点：

材料能在足够长的时间里保持形状（或许是几个小时，或许是几个月）；

由电驱动；

曲率半径可弯曲到微米尺度；

快速运作；

坚固耐用；

通过与现代半导体制造相一致的技术打造。

正如论文合著者之一 Itai Cohen 所言：

我们想打造一种微观机器人，但这种机器人是有大脑的。所以这意味着我们需要由 CMOS（注：Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，即互补金属氧化物半导体）晶体管驱动的附属物。

虽然此前曾有研究团队通过聚合物、合金和陶瓷等打造出了形状记忆驱动器，但很大程度上还是很难打造出微米级的电子形状记忆驱动器，特别是那些由标准电子（~1 伏特）驱动的驱动器。

基于此，科学家们利用铂金属薄膜表面氧化的电化学策略，打造了具有高循环性的电动控制形状记忆驱动器。

具体来讲，这种驱动器的大致结构是：一层 2 纳米的钛/二氧化钛薄膜上面覆盖着一层厚度为 7 纳米的铂，再上面是几块坚硬的二氧化硅玻璃。

据了解，该团队曾因一款行走机器人获得了吉尼斯世界纪录的认可，如今他们希望用这款或许是世界上最小的千纸鹤来尝试创造另一项记录。

正如研究团队表示：

这是当前最先进设备的一次重大进步。

引用来源：

https://robotics.sciencemag.org/content/6/52/eabe6663

https://news.cornell.edu/stories/2021/03/self-folding-nanotech-creates-worlds-smallest-origami-bird

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