19、分子机器人的分子致动器：从原理到应用

分子机器人的分子致动器：从原理到应用

1. 引言

近年来，分子机器和分子设备的进展显著加速了分子机器人的发展。分子机器人如同传统机器人一样，需要传感器、处理器和致动器等关键组件。致动器作为分子机器人的核心部件，负责将内外部能量转化为运动。目前，基于生物工程和合成化学等领域，人们已开展了诸多设计和制造分子机器人致动器的尝试。

2. 群体机器人的概念

2.1 什么是群体

在自然界中，生物通过自我组装形成复杂且高度有序的结构，“群体”就是这种自我组织的典型例子，如鸟类、鱼类、细胞和细菌等形成的群体。在群体形成过程中，个体无需领导者，通过与邻居的互动感知周围信息，从而改变群体的形状和大小。群体形成的原因主要有以下几点：
- 任务并行性 ：实现任务的分工合作。
- 任务执行的稳健性 ：确保任务可靠执行。
- 环境响应的灵活性 ：能迅速应对环境变化。

在传统机器人领域，群体机器人也得到了研究，但控制群体中机器人的“大小”和“数量”仍是挑战。分子机器人的发展有望解决这一问题，实现更小尺寸和更多数量的机器人群体。

2.2 分子机器人的定义

分子机器人是一种纳米或微米级的系统，具备机器人所需的三个基本要素：
- 致动器（动力单元） ：提供运动的动力。
- 处理器（信息处理单元） ：处理和分析信息。
- 传感器（检测单元） ：