光控微型机器人集群运动

本文报道了一种基于衣藻（Chlamydomonas reinhardtii，简称CR）的生物杂化微型机器人集群光控技术。研究团队发现，这种单细胞绿藻具有独特的光响应特性：在蓝光照射下，它会表现出负趋光性（向光面反方向游动），同时其鞭毛能可逆地粘附在液-气界面，促使个体相互聚集形成稳定集群；而在红光照射下，藻体恢复自由游动状态，集群随即解体。通过在显微镜光路中引入定制化镂空掩模（mask）并切换蓝/红光波长，研究人员能精确控制集群的形状、大小和位置——例如，先用美洲轮廓掩模+蓝光生成美洲形状集群，再用红光解散，接着换用亚欧非轮廓掩模+蓝光，快速重构新集群。该过程高度可逆，在多次循环中仍保持>95%的形状保真度（Dice系数）。进一步实验表明，集群可在微米到毫米尺度灵活构建；还能实时平移、分裂（如菱形→两个三角形）、融合（两个三角形→菱形），甚至动态缩放尺寸。为解释机制，作者建立了概率模型：藻体运动具随机性，而是否加入或离开集群，取决于当前光照状态（蓝光促进聚集、红光促进离散）。最后，研究将该技术拓展至医疗应用：先用AI图像分割算法分析真实伤口照片，自动生成匹配伤口轮廓的掩模；再将载药的PLGA-衣藻杂化机器人印在医用胶带上，蓝光“打印”集群，红光“释放”至伤口表面——2分钟内约90%机器人即可精准送达。整个系统无需外部磁场或声场，仅靠安全可见光驱动，操作简便、生物相容性好。局限在于光穿透深度有限，目前适用于体表伤口等浅层场景，但为未来智能靶向给药、环境修复等提供了全新思路。