康奈爾大學的一組研究人員已經成功地將“大腦”安裝在由太陽能驅動的智能微型機器人上。
含有最終CMOS產品的硅晶圓，微型機器人的“大腦”。
這些微型機器人的尺寸從100到250微米不等，幾乎是人類一縷頭發的寬度。雖然這種尺寸的機器人通常由外部控制，但康奈爾大學的原型包括一個用于控制運動的機載電路。
創建無線步行機器人
近年來，康奈爾大學的研究人員開發了微觀機器，可以爬行，行走，游泳和形成形狀的彎曲。然而，這些微型機器人的運動是由電線或聚焦的激光束決定的。
康奈爾大學藝術與科學學院的物理學教授伊泰·科恩（Itai Cohen）召集了一組研究人員，尋找消除外部控制的方法，以便微型機器人可以自行自由移動。過去，研究人員很難在沒有引線鍵合和多芯片堆疊的情況下將微型機器人擴展到微米級。典型的CMOS電路包括針對不同功能的各種焊線，但這會增加IC的深度、高度和重量，使其難以縮小。另一個主要挑戰是異構集成CMOS IC和微執行器，使其成為單個全功能機器人。
康奈爾大學的研究人員結合了表面電化學致動器（SEA）和硅光伏（PV）來克服這些挑戰。一旦從CMOS電路接收到電壓信號，氧分子就會附著并膨脹到該層上，導致致動器彎曲機器人的腿。
微型機器人的“大腦”和制造
康奈爾大學的研究人員聲稱，微型機器人的“大腦”是一個簡單的CMOS時鐘電路，它實現了晶體管，二極管，電阻器和電容器的陣列。該IC產生一個信號，產生一系列相移方波頻率，控制機器人的步態。在測試階段，幾個微型機器人可以在每秒4到20微米之間移動。
簡化的制造工藝。
光學顯微照片顯示了制造過程中的不同步驟，右下角有一個示意圖橫截面。（A） 從 X-FAB 收到的集成電路。（B） 將電路頂部連接起來，蝕刻出電路主體。（C）沉積從電路到底部硅的互連。（D） 增加金屬屏蔽，以保護電路免受光線照射。（E）蝕刻形成支腿鉸鏈的面板并沉積SAA。（F）切下底部硅，將機器人釋放到水溶液中。
研究團隊克服的最后一個障礙是制造過程。該過程需要13層光刻，12個蝕刻和11個沉積，來自10種不同材料。利用康奈爾大學的納米級科學技術設施（CNF），研究人員最終完成了一個8英寸的絕緣體硅晶圓。有了這個晶圓，微型機器人的PV電源和CMOS時鐘電路不會干擾機器人的腿部運動。
太陽能為微型機器人供電
通過兩對基于光伏的電源，微型機器人具有用于腿部運動和時鐘電路的專用電源。CMOS時鐘電路由一個弛豫振蕩器組成，該振蕩器用作時鐘輸出和頻率驅動器。頻率驅動器由一系列D型觸發器組成，可將脈沖轉換為50%的占空比，使機器人能夠輕松地通過每個輸出引腳發送信號。
即使使用板載電路，康奈爾的微型機器人也只有人類頭發的寬度。
在測試階段，康奈爾大學的研究人員發現大約1和3 kW /m2在連續光強度下，微型機器人的速度達到12μm/s，每分鐘行進約3體長。雖然研究人員可以通過將輸入頻率推到4 Hz來提高速度，但該團隊將工作頻率保持在1到2 Hz之間，因此微型機器人不會在平坦的表面上打滑。
使用CMOS電子設備構建微型機器人還能夠創建響應外部刺激而改變其行為的機器人。為了演示此功能，研究人員構建了“dogbot”.
微型機器人在清理、監測甚至手術方面的潛力
康奈爾大學的研究人員認為，這些微型機器人可用于環境清理、醫療物質監測和顯微鏡手術。例如，這些微型機器人可能被用作傷口愈合和組織形態發生的智能機器人。
康奈爾大學的研究人員正在尋求整合機器學習算法，以便微型機器人可以獨立學習和適應。該團隊希望在未來的研究中通過更復雜的任務和基于AI的算法來擴展微型機器人家族。
