——记华南理工大学吴贤铭智能工程学院副教授喻婷婷
在漫威电影《蚁人》中，主角穿上神奇的战服，能缩至蚂蚁般大小，在微观世界中穿梭自如，甚至还能潜入人体内部，以超越常理的方式化解危机。这虽是天马行空的科幻想象，却道出了人类一个长久以来的梦想：能否制造出在微观尺度上自由行动、执行复杂任务的机器呢?答案就是微纳机器人。现在，微纳机器人已经从科幻走向科学，从想象变为现实，它们在医疗、环保、工业制造等领域大放异彩，成为解决复杂问题的“微型英雄”。
微纳机器人，这一纳米至微米尺度的“微型工程师”，能够将环境中的光、磁、化学能转化为动力，在人体血管、组织间隙乃至复杂污染环境中执行精准操作。它以其独特的运动方式、精准的操作能力和广泛的应用前景，正引领着新一轮技术革命。然而，微纳机器人的发展并非一帆风顺，如何提升其驱动效率、增强环境适应性、实现智能化控制，仍是摆在科研人员面前的重大挑战。在这片充满未知与挑战的微观领域，华南理工大学吴贤铭智能工程学院的喻婷婷副教授，带领着她的团队，不断突破技术壁垒，创新科研范式，为我国智能微纳制造与机器人领域的发展贡献着智慧与力量。
交叉筑基多维突破 微纳机器人创新高
喻婷婷，这位在微纳机器人领域深耕多年、开拓创新的科研工作者，她本科及硕士毕业于德国达姆施塔特工业大学。自德国马克斯普朗克智能系统研究所与斯图加特大学博士毕业后，她就带着对微观世界的无限好奇与探索热情，投身于智能微纳制造与机器人的前沿交叉领域研究。
多年的海外求学与研究经历，为她奠定了扎实的跨学科研究基础。喻婷婷的研究方向既包括微纳材料及加工，微纳机器人及活性系统，也涵盖面向微纳尺度的高精度制造技术。她于2021年加入华南理工大学后，随即带领团队致力于智能微纳制造与机器人的前沿交叉领域研究。
迄今为止，喻婷婷已经负责主持了国家自然基金委青年C类、广东省联合基金等多项重要项目，发表SCI论文20余篇，为微纳机器人领域的发展提供了坚实的理论支撑与技术储备。她的研究成果，不仅在学术界产生了广泛影响，更为实际应用提供了切实可行的解决方案。
与传统机器人不同，微纳机器人无法集成传感器等宏观器件，面临着方向操控精度低、集成度低、交互通讯困难等挑战。正如喻婷婷团队在研究中指出的，早期的单模块微纳机器人功能单一，仅能完成简单运动或单一任务，难以应对动态环境中的多重挑战。
微纳机器人作为微纳技术的核心执行元件，能够将介质环境中的光能、电能、磁能、超声能以及化学能转化成驱动自身运动的机械能。在喻婷婷看来，这些微小却能力巨大的系统，正悄然改变着我们对微观世界的认知与操控能力。
面对全球关注的微塑料污染问题，喻婷婷团队研发了一种低能可见光驱动磁辅助清洁机器人，实现了水环境中微塑料的高效去除。据了解，传统的污水处理方法，如物理过滤和混凝，不足以有效去除这些微塑料。喻婷婷团队在研究中发现，微塑料能够迅速穿透生物屏障进入人体组织，目前已在多种人体组织，包括血液和大脑中检测到微塑料的存在，且难以有效排除。
喻婷婷带领团队以一种具有可见光吸收性高、毒性低、制备方便、化学稳定性好等优点的类钙钛矿半导体材料钨酸铋为基底，设计出了这种低光能驱动微型机器人。在磁场频率为14 Hz时，磁辅助清洁机器人可以在93秒内达到98%的微塑料去除效率，远高于目前已知的微塑料去除方法。
针对微纳机器人功能单一的行业痛点，喻婷婷团队提出“应用驱动的多模块设计”理念，系统构建了涵盖驱动、传感、执行的集成体系。喻婷婷团队系统综述了多模块微纳机器人的功能模块，面临挑战与应用场景，提出了“应用驱动并且面向实际需求”的模块设计理念，通过融合驱动、传感、执行等模块，实现了“运动-成像-执行”的全链条功能。即在微纳机器人的设计中，模块的设计须与应用需求对齐，确保功能、集成度和可行性之间的最佳权衡，为下一代智能微纳机器人的设计开发绘制了技术路线图。这种多模块微纳机器人在生物医学靶向治疗、环境污染物清除等领域展现出变革性潜力，为解决复杂问题提供了新的思路与方法。
在心脑血管疾病诊疗领域，喻婷婷团队提出一种基于磁驱微型机器人的主动探测与三维重建新方法。该技术采用单个无毒的微型机器人作为移动探测单元，在外部磁场驱动下于血管内执行可控运动，并通过体外传感器阵列实时捕获其磁场信号，反解其精确位置与姿态。团队开发了五自由度混合定位算法，融合神经网络的全局初值估计与局部优化，显著提升定位精度与稳定性，位置误差控制在微米级别，单次定位时间仅需1毫秒。
在体外血管模型实验中，该系统成功重建了从单支大血管到复杂多分支微血管网络的三维结构，中心线重建精度达微米级，拓扑识别准确率为100%，实现了无辐射、无造影剂、微米级精度的三维血管成像。该技术摆脱了对传统成像设备的依赖，具备无辐射、低成本、高精度及可床旁操作的潜力，尤其适用于术中实时导航以及传统影像难以清晰显示的微血管病变诊断，为下一代血管内介入诊疗提供了全新解决方案。
技术革新智启未来 驱动微纳制造革命
在现代工业生产中，锻压冲压金属件广泛应用于关键领域，其产品质量直接关系到终端产品的安全与性能。喻婷婷团队创新性地开发了基于深度学习的红外检测探伤系统，巧妙结合了深度学习模型与红外热辐射技术，实现了对锻压冲压工件缺陷的自动化、高精度检测。
该系统利用开裂工件在红外热辐射下会呈现出的独特热透射特征，通过高灵敏度的红外相机捕捉细微温度差异，并由优化的深度学习模型进行实时图像分析与缺陷识别。与传统人工检测相比，该系统不仅显著提升了开裂破坏工件的检出率，大大节省了人工成本，为企业实现智能化、高质量生产提供了强有力的技术支撑。
针对现有微纳制造技术在提升加工效率和精度的同时难以高效、精确制造复合三维微结构的问题，喻婷婷团队提出了一种基于微透镜自聚焦的打印技术，为高精度复合微纳结构的制造提供了新的解决方案。该技术将灰度数字光处理3D打印与光学显微镜平台相结合。通过精确控制投影图像的灰度值，利用单次曝光在毫秒级别即可制造出具有特定光学聚焦能力的微透镜阵列。随后，利用这些原位制成的微透镜的自聚焦特性，无需任何额外的硬件改造，便能实现对后续图案的缩小打印，将特征尺寸精确至4微米以下。该项研究还成功将磁性纳米颗粒融入光敏树脂中，打印出了磁性微纳机器人，这种微纳机器人在外部磁场下能够实现可控的动态运动。
微纳管道作为微流控芯片、仿生血管的核心元件，其高精度制造技术备受关注，但其制造长期受限于尺寸与成本。对此，喻婷婷团队提出了一种结合水凝胶DIW与SLA的微纳管道增材制造方法，成功实现了内径最小可达3微米的管道加工，突破了现有技术的尺寸限制。通过引入具有各向等比例收缩特性的Carbomer水凝胶，有效提升了三维结构的成型精度，所加工管道具备光滑透明的管壁、可编辑的几何路径以及优异的尺寸一致性(加工标准差0.07微米以下)。这种低成本、高兼容性的技术，为微流控器件、柔性机器人等领域的发展奠定了基础，其性能可与国际顶尖的双光子灰度光刻技术相媲美。
立足当下微纳之光，推动未来产业发展。在喻婷婷看来，微纳机器人要从实验室走向实际应用，需融合人工智能与跨学科技术，提升其自主性与适应性。她提出未来微纳机器人应优先推进模块化设计与闭环智能控制，减少对外部干预的依赖，实现认知决策与任务自主执行。
“在生物医学领域，我们将微纳机器人率先应用于早期医学诊断等低风险场景，完成技术验证与迭代;在环境治理方面，则注重与传统治污系统结合，以模块化、低成本推动规模化应用。”喻婷婷表示，从多模块集成到智能系统构建，微纳机器人的发展不仅是技术挑战，更是一场多学科协作的系统创新。
“这不仅是技术突破，更是多学科协作的系统创新。”喻婷婷强调，团队将持续融合微尺度物理、控制算法、自组装工艺等学科力量，目标是让最终实现智能微纳机器人在精准医疗、环境治理等领域实现广泛部署。这种“以重大交叉科学问题为导向”的研究，正是催生原创突破、解决实际问题的关键。
在微观尺度上，喻婷婷和团队正以惊人的创造力，构建着一个更加清晰、可控的微纳世界。未来，随着微纳机器人智能化、平台化水平的不断提升，这场技术变革有望在更多领域绽放光彩，开启人类探索微观世界的新纪元。(供稿单位：华南理工大学。文：陈伟)
