——记华南理工大学吴贤铭智能工程学院副教授喻婷婷

　　在人类肉眼不可及的微观世界里，一群“迷你战士”正悄然崛起：美国康奈尔大学的 2 微米衍射机器人能感知皮牛级作用力，中科院的40微米“手型机器人”可精准抓取细胞。这些尺寸仅为头发丝几十分之一的微纳机器人，正突破传统技术边界——既能深入人体血管探测病灶，又能穿梭水环境清除微塑料，更能在工业精密制造中担当“质检员”。

　　全球科研界已掀起微纳机器人研究热潮，但瓶颈同样显著：生物体内成像难题待解、微观操作与规模化应用存在矛盾、制造精度与成本难以平衡。在这场微观世界的探索竞赛中，华南理工大学吴贤铭智能工程学院副教授喻婷婷，带着中德交叉学科积淀，带领团队在智能微纳制造与机器人领域开辟出独特路径。她和课题组的研究聚焦于智能微纳制造与机器人的前沿交叉领域，致力于通过多物理场驱动与控制，实现从智能材料、先进制造到精准执行的技术突破，取得了一系列创新性的科研成果，并且积极促进了成果落地应用，为我国该领域发展注入强劲动力。

　　深耕交叉学科 探索微纳世界

　　喻婷婷的科研之旅，始终贯穿着学科“交叉融合”。本科及硕士阶段，她在德国达姆施塔特工业大学智慧界面研究中心的学习经历，为其以后物理化学与计算建模领域打下了坚实基础。随后，在国际顶尖的马克斯·普朗克智能系统研究所，她师从知名学者Peer Fischer教授，潜心研究微纳智能系统，将分子动力学和界面科学的知识与智能材料的设计、驱动与控制相结合。这段经历让她深刻认识到，微纳世界的奥秘就隐藏在学科交叉的边缘地带。

　　2021年，喻婷婷加入华南理工大学吴贤铭智能工程学院。她带领的团队聚焦于智能微纳制造与机器人的前沿交叉领域，致力于通过多物理场驱动与控制，实现从智能材料、先进制造到精准执行的技术突破。

　　在喻婷婷看来，微纳机器人技术要真正走向应用，必须坚持“应用驱动并且面向实际需求”的设计理念。她的团队不仅在微纳机器人的驱动与操控方面取得了一系列创新成果，还发展了面向微纳尺度的高精度制造技术，并致力于研究微纳机器人的传感与控制策略，赋予微纳系统环境感知、信息反馈与自主决策的能力。

　　喻婷婷团队的研究成果既深入基础，又面向应用。她介绍到，低能可见光驱动磁辅助清洁机器人是其中的典型代表，面对日益严重的微塑料污染问题，传统处理方法如物理过滤和混凝显得力不从心。喻婷婷团队创新性地设计出一种以类钙钛矿半导体材料钨酸铋为基底的清洁机器人，通过在钨酸铋微球上沉积Ag纳米颗粒，大幅提高了机器人在可见光下的光子吸收度。

　　更令人惊叹的是，当引入四氧化三铁纳米颗粒形成磁辅助清洁机器人后，在磁场频率为14 Hz时，仅需93秒就能达到98%的微塑料去除效率，远高于传统方法。这种创新解决方案不仅高效，而且环境友好，借助定向磁场可以实现对微型机器人和微塑料的回收，减小对环境的二次污染。

　　在生物医学领域，喻婷婷团队开发的用于生物医学和环境修复应用的多模块微/纳米机器人同样令人瞩目。她系统地提出了多模块集成设计理念，确保功能、集成度和可行性之间的最佳权衡。这些微纳机器人能够突破传统器械的尺寸限制，在人体血管、组织间隙或复杂污染环境中执行精准操作，为靶向治疗和环境污染物清除提供了全新解决方案。

　　微纳机器人助力心脑血管早期精准诊疗是喻婷婷团队的另一项创新成果。心脑血管疾病常起源于微小血管内的病变，而传统的影像技术对远端微血管成像能力有限。喻婷婷团队提出了一种基于磁驱微型机器人的主动探测与三维重建新方法，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。

　　喻婷婷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Levenberg—Marquardt局部优化，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%。这项技术摆脱了对传统成像设备的依赖，具备无辐射、低成本、高精度的优势，为下一代血管内介入诊疗提供了全新解决方案。

　　技术突破革新 创新引领未来

　　科技的使命，是促进人类的未来发展，喻婷婷的使命，是为科技插上创新的翅膀，为了推动微纳技术的发展和应用，她始终奔走在科技前沿。如果说微纳机器人是“执行者”，那么先进制造技术就是“孵化器”，她带领团队在制造领域的三项创新，为行业突破提供关键支撑。

　　微纳制造是现代工业精密化与功能化转型的核心驱动力，但传统技术在提升加工效率和精度的同时，往往难以高效、精确地制造复杂的三维微结构。面对这一技术瓶颈，喻婷婷团队提出了一种基于微透镜自聚焦的灰度3D打印技术，为高精度复合微纳结构的制造开辟了新路径。这项创新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。

　　更令人注目的是，团队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。实验证明，这种微纳机器人在外部磁场下能够实现可控的动态运动。这项技术策略不仅克服了传统DLP打印技术在物理分辨率上的限制，为高精度、高效率的微纳结构制造提供了简洁而通用的新方法，而且在微型光学器件、医疗设备以及微纳机器人等领域展现了巨大的应用潜力。

　　在微纳管道加工方面，喻婷婷团队同样实现了技术突破。微纳管道作为微流控和仿生系统的关键元件，其高精度制造一直面临挑战。传统方法如光刻和同轴微流体打印在实现微小尺寸、低成本与高精度之间难以平衡，限制了其在复杂三维结构构建中的应用。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)。

　　这套系统集成了高压驱动、良好气密性和高精度三维运动平台，保障了极小尺寸打印的稳定性。此外，所采用的牺牲材料可在光固化树脂中稳定存在并快速移除，实现了连续、高质量的三维中空结构。这项技术在微流控芯片、生物体内仿生毛细血管网络、微型光电器件和柔性微纳机器人中具有广泛应用前景，为精准医学、纳米传感与分子操控等前沿领域的发展提供了技术支撑。

　　从微观世界到宏观应用，喻婷婷团队的创新永不止步。面对现代工业生产中锻压冲压金属件质量检测的行业痛点，团队创新性地开发了基于深度学习的红外检测探伤系统，将智能化技术带入工业检测领域。这套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。团队利用开裂工件在红外热辐射下会呈现出独特的热透射特征，通过高灵敏度的红外相机捕捉细微的温度差异，并由经过优化的深度学习模型进行实时图像分析与缺陷识别。经实验验证，该系统能够高效准确地检测出各类开裂破坏工件，并已成功部署于实际生产产线稳定运行。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，有效避免了因人工疲劳导致的漏检问题，更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。

　　在喻婷婷的科研世界里，微纳机器人不是冰冷的科技名词，而是连接多个学科、解决实际问题的桥梁。多年来一系列的科研成果，正是她和团队始终贯穿着跨学科融合与创新突破的结晶。

　　展望未来，喻婷婷将不遗余力推动微纳机器人实验室走向实际应用，进一步融合人工智能与跨学科技术，提升其自主性与适应性。她强调，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，需要融合微尺度物理、控制算法、自组装工艺、微电路与通信技术，最终实现智能微纳机器人在真实环境中广泛部署。

　　医疗、环保、工业制造，都是微纳机器人的应用场景，喻婷婷团队正是要通过技术革新和突破，助力各行各业发展。相信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精准医疗、环境治理等诸多领域打开全新的可能性，为人类创造更加美好、可持续的未来。(文/李杰)