德國維爾茨堡大學研究團隊近日發表一種光子驅動的納米機器人，其尺寸約為人類頭髮直徑的五十分之一，能在網狀微觀環境中精準追蹤、捕捉及搬運釋放細菌，為人類直接操控微生物世界提供了全新技術途徑。報導顯示，這類微型機器人針對傳統手動及無效干預的微觀尺度操作。對於單個細菌、細菌叢等處於網狀環境中的生物材料而言，如何實現高精度控制一直是科研難題，而這項新成果表明，收集並重新安置細菌等任務已具備現實可行性。
研究團隊由德國尤利烏斯－馬克斯米利安大學維爾茨堡分校教職員特·赫希特領導。團隊提出的核心方案，是利用單個光子發射時產生的微弱反沖力，驅動被稱為「微型無人機」的微米級光柵配置運作。據介紹，這些光柵部件最多可集成的四個等離激元納米天線。它們先吸收預設特定性的光，再以定方向重新發射光子；每次發射均帶來極其微小的反沖力，原理上類似電子彈出彈殼後的後座力。由於微型機器人本體質量極低，即便這種力非常微弱，仍足以帶來較高速度及快速加速度。
納米機器人規格
| 規格項目 | 細節描述 |
|---|---|
| 尺寸 | 不超過 1 微米 |
| 驅動方式 | 光子反沖力（單光子發射） |
| 光柵配置 | 最多 4 個等離激元納米天線 |
| 運動能力 | 快速完成 90 度轉向；維持完整機械能力（負載多細菌團時速度略降） |
| 功能 | 精準追蹤、捕捉、運輸及釋放細菌；方向控制（透過光偏振調整） |
在最新研究中，科學家進一步將這類光驅動機器人的尺寸縮小至不足 1 微米，同時簡化其操控方式，但保留了基於光子反沖的推進機制。團隊利用機器人部件天線導線會偏振光反射特性，透過調節光的偏振狀態，即可控制機器人的朝向，而其前進動力依舊來自光子反沖，這使操控方式更接近宏觀交通工具的「轉向推進」模式。論文第一實驗科學家金鉉表示，從本質上看，團隊建構的是一種光驅動的納米機器人，能鎖定並收集細菌。
由於結構得至簡化，機器人尺寸已縮小至可直接進入微生物活動的尺度，在某種意義上宛如「顯微清潔設備」。 研究人員指，這種納米機器人具備很高機動性，能快速完成 90 度轉向，因此可在較大範圍內進行系統而高效掃描。同時，它還能選擇性捕捉、運輸及釋放數量可觀的細菌。這意味著，在受控實驗環境下，這類光柵有望實現微觀環境的「清潔」操作——將細菌集中收集，並轉移至預設位置。
特·赫希特指出，這一成果生動展現光不僅能用來觀測微觀世界，還能被用於主動塑造微觀世界。雖然「微型機器人清潔工」的概念聽落去似科幻，但相關物理原理已獲實驗驗證。即使在攜帶較大細菌團時，這種納米機器人依舊能維持完整的機械能力，僅移動速度會略有下降。研究團隊認為，這種穩定性進一步凸顯其在微生物學、生物醫學研究以及極小尺度精準操控等領域的應用潛力。相關研究論文標題為 A nanoscale robotic cleaner，由金鉉、Carsten Büchner、吳晨飛及特·赫希特合著，已於 2026 年
3 月 27 日發表。
