设想有一种体积极微的机器人,它能进入人体血管系统诊治心脏疾患。不过到目前为止,这还是一种科学幻想。但目前世界上某些实验室的科学家正在设计和建造这样的装置,有朝一日,这个幻想将会成为现实。

这些正在设计试制过程中的齿轮、涡轮机和发动机体积极小,60000个这样的发动机放在一起才1平方英寸。这些装置正在导致一场新的技术革命:微机器(micromachine)。美国国家科学基金会的乔治A. 黑兹尔里格说:“显然,这将成为一项新兴产业,我相信它会发展为大产业。”

科学家制造微机器采用的同样也是微电子技术。仅仅几十年前,计算机还是一个庞然大物,但现在微型计算机随处可见,几乎装备了从微波炉到导向火箭系统的任何一种设备,工程技术人员正在运用同样的技术使机械设备微型化,小到只有在显微镜下才能看清楚。齿轮、发动机和其他部件是通过蚀刻模具上硅薄片来制造的。这瘦小装置能使外科医生在人体内进行精细的手术。微发动机可用于制造大屏幕电视机和其他商业产品。重量微乎其微的机器人,可用于行星探索或用于核潜艇内部的危险作业。这些微型装置还可用于监视和其他军事用途。

美国电话电报公司贝尔实验室的凯格姆J. 加布里埃尔和威廉S. 特里默已经采用硅薄片处理技术制成涡轮机和工作齿轮。这种齿轮的直径为125微米,齿牙仅15微米宽,还不到一根头发丝厚度的五分之一。加州大学伯克利分校的科学家已经制造出了微型的连杆、弹簧、曲柄和其他装置。联邦德国的科学家则采用X射线平版印刷术制造微机器。这种技术是用X射线制造极精密的显微结构,如超细过滤器。

微机器是离不开微发动机的。这种微发动机不是常规发动机的等比例缩小,工程技术人员计划采用一种更简单的发动机,它是靠静电动力工作的。不久前,在美国马萨诸塞州的海恩尼斯召开了一次微机械技术国际会议。来自美国、日本和_洲的科学家提出了多种不用硅和其他材料生产静电发动机的方案。

不过,为了制造功能齐全的微机器,科学家还需进行另一项工作,即将计算机电路系统与微发动机和微机械元件组合起来。这种机器同样依靠传感器认外界获得信息。工程技术人员目前已经制成了微传感器,这种传感器能感觉庄力,辨别不同化学气体、感觉速度和其他因子的变化。比如汽车工业可将这种装置用于计算机化的引擎控制器。目前世界上六部分实验室都还在致力于微机器生产方法的探索,有些研究者的方法是先建立较大的原型,然后将这种原型等比例缩小。马萨诸塞理工学院工智能实验室的科学家希望通过这种方法,最终制成微机器人。他们的想法很简单,认为一个复杂的大机器人能完成的工作,许多简单的小机器人同样能完成。这和一大群蝗虫吃庄稼的速度比一台大型联合收割机收割还快的道理是一样的。

为了证明制造微机器人离不开计算机工程,马萨诸塞理工学院的研究者制造了两个计算机控制的机器人“汤姆”和“杰里”,安装在玩具小车上。这两个机器人事先没有给他们编排复杂的指令,但它们有简单的思考能力。借助于传感器,它们能对环境作出反应。比如在室内,能对从它面前飞过的家蝇作出反应。

除了生产这些有一定自主能力的机器人外,科学家们还计划制造“远距离操作机”(teleoperator),它能通过遥控行使功能。这对医生非常重要。比如,将这种微装置放入导液管,再将导液管插入血管,这样,外科医生就能做靠近心脏的手术。犹他大学工程设计中心的斯蒂芬 · 雅各布森说:“这种微机器将医生引入了人体内。”

尽管现在正在使用的主要是微电子工业业已证明的技术,但科学家在试图制造三维物体代替计算机平面集成块时也面临许多新问题。但他们自信能应付挑战。加州大学伯克利分校传感器与激发器中心的理 · 缪勒说:“我不认为在我们面前有不可逾越的障碍。”

然而,在微机器在实验室问世前,另外还有一个棘手的问题有待解决。微机器的齿轮实在太小,一阵风就能将其从实验室的桌上吹落。特里默说:“我们已经这样丢失了许多制成的小齿轮”。因此,微机器人能真正投入实用恐怕还有不少年。

[Newsweek,1987年11月30日]