据美国趣味科学网站3月5日报道，研究人员已开发出一种方法，利用光模式与爱因斯坦相对论原理来操控微型机器人游泳。这项技术有望成为将微型机器人应用于医学、制造等领域的关键一步。

研制实用化微型机器人的主要挑战，是在不搭载笨重的传感器及其他电子元件的前提下实现自主导航。这些部件会使机器人体积过大，无法在人体内部等微尺度环境中作业。为攻克这一难题，美国宾夕法尼亚大学物理学家构建了“人造时空”，引导微型机器人以类似航天器或光线在宇宙中穿行的方式移动。

在这项研究中，研究人员将100微米(约一根头发丝粗细)的动电游泳机器人浸入电离溶液中，让其在简易迷宫中自主导航。机器人表面覆盖着微型太阳能电池，两端装有电极；当电池受光照射时，会为电极供电，所产生的电场推动机器人在溶液中行进。

难点在于精准操控这些微型机器人抵达指定位置，同时避免它们被迷宫壁阻挡。而相对论正是解决这一问题的关键。根据爱因斯坦广义相对论，具有质量的物体的周围时空会因引力而发生弯曲。光线与物体会沿“直线”测地线(即最短路径)运动，只是在大质量天体附近，这些路径在外部观测者看来是弯曲的。最典型的例子便是引力透镜效应：尽管光在宇宙中沿直线传播，但在穿过星系团等大质量天体的引力阱时，其传播路径会发生弯曲并被放大。

该研究报告第一作者、美国宾夕法尼亚大学电气与系统工程系助理教授马克·米斯金表示：“我们发现，动电机器人在结构化光场中的运动轨迹，与广义相对论下光线的传播路径完全一致。令人惊讶的是，由于两者完全对应，我们可以把机器人当作引力的模拟系统。反过来，我们也可以借助广义相对论的思路来引导机器人：就像引力会把物体吸引到一起，我们同样可以将机器人引导至指定位置。”

为模拟这一效应，研究团队利用相对论方程，将迷宫建模为弯曲的虚拟空间。在该模型中，通往迷宫目标点的路径被简化为直线。随后，团队将模型转化为二维光场图：暗区会吸引机器人，而亮区则会排斥它们。迷宫的终点设为最暗的区域(类似“人造黑洞”)，障碍物则被布置得更加明亮。

无论初始位置如何，动电机器人都会自然地沿测地线行进，自动避开墙壁，如同在弯曲空间中“顺坡下滑”。该研究团队于2025年11月在英国《自然合作期刊-机器人》杂志上发表了相关成果。

米斯金表示，这项研究构建了物理学与工程技术之间的桥梁，而非两者间的竞争。他指出：“一方面，相对论与光学理论已十分成熟，将反应式控制与这些理论相结合，能够为机器人领域带来全新的思路与现成的成熟工具；另一方面，广义相对论与光学较为抽象(例如时空弯曲)，而机器人系统则直观具体。人们很容易理解机器人为何如此运动。”

他补充道，除了揭示新型机器人如何遵循已知光学理论运动，这些实验还能让研究人员更深入理解广义相对论，尤其是在二维空间中探索“平直时空”的影响。

尽管迷宫实验只是非常初期的探索，但米斯金表示，未来10年内有望出现实际应用。他说：“我们感兴趣的应用方向包括：根管治疗后检查牙齿，类似于一种牙科活检，以确保病灶已被完全清除；在局部检测确认细胞为恶性后将其清除；甚至在生物医学之外，利用微型机器人组装微芯片。微观世界充满魅力，这些想法很可能只是开端。”（编译/邬眉）