——记华南理工大学吴贤铭智能工程学院副教授喻婷婷团队创新成果
人工智能与精密制造发展下，微型机器人优势突出，在医疗、工业等领域应用潜力巨大。但受尺寸制约，它存在算力、感知不足，无法识别自然语言，自主决策与人机交互能力弱等问题，发展受限。华南理工大学喻婷婷团队深耕该领域，攻克多项核心技术，打造出完备的微型机器人技术体系，助力国内相关产业发展。
深耕智能控制，构建模块化自适应机器人技术体系
作为微纳机器人与智能控制领域的青年科研骨干，喻婷婷深耕微纳机器人与智能控制领域，紧扣国家智能装备与精准医疗发展需求，带领团队聚焦微型机器人感知、决策、控制与适配性短板，秉持模块化、智能化、精准化的科研理念，聚焦微型机器人“感知弱、决策差、控制僵、适配窄”等短板，融合多学科交叉技术，攻关高性能微型机器人系统，打通从理论研发到场景验证的完整创新链路。
传统微型机器人控制高度依赖人工预设程序与外部磁场辅助操控，无法响应动态指令、适配复杂环境，更无法实现自然语言人机交互，智能化水平极低。为破解此难题，喻婷婷团队创新性提出集成大语言模型(LLM)的微机器人智能导航框架，成功搭建起“人类自然语言—智能算法—机器人精准动作”的高效转化通道，彻底革新了微型机器人的人机协作模式。
该框架采用分层模块化架构，逻辑清晰、稳定性强，依次构建用户语音输入、语音转文本、LLM伪代码生成、闭环执行、中断处理五大功能层级，实现全流程智能化自主运行。其中，大语言模型承担核心“智能翻译”功能，可将模糊、口语化的人类自然语言指令，精准转化为符合领域特定语言规范的结构化伪代码。同时，团队创新性增设语法验证、语义校验、安全检查三重验证机制，从源头规避指令错误、运行故障，保障资源受限的微型机器人稳定、安全执行任务。
针对自然语言歧义、语音识别误差、复杂场景逻辑推理等行业共性难题，团队针对性设计不确定性处理策略。当系统检测到指令模糊、逻辑冲突或潜在安全风险时，不会盲目执行操作，而是主动发起指令澄清，大幅提升人机交互精准度。同时，框架搭载实时中断保护机制，支持用户随时通过语音、按钮双向干预机器人运行，全方位保障复杂场景下的任务安全性。
为了验证技术可靠性，团队自主构建包含144条多维度人工标注导航指令的专属数据集，覆盖不同指令长度、语言变体与任务复杂度，涵盖速度调控、路径规划、环境感知、条件逻辑运算、延时操作等多元场景。基于统一实验环境，系统性对比DeepSeek、GPT、Qwen三大主流大模型的云端与本地版本性能，并在200微米电磁驱动微型机器人物理平台上，融合SAC、TQC、TRPO三大深度强化学习控制器与A star、Theta star、GBFS等经典路径规划算法，完成多组对照实验。
实验数据印证了框架的卓越性能，API版本ChatGPT-5综合实力最优，任务成功率达88.89%;本地部署的DeepSeek-R1:8B响应速度突出，平均响应时长仅2.82秒。各模型对确定性指令均可百分百精准执行，证明该模块化框架基础稳定性极强，而技术瓶颈主要集中在模糊语义、复杂条件逻辑识别层面，为后续技术迭代明确了方向。消融实验进一步证实，环境状态感知是指令精准转化的核心关键，集成语音识别模块Whisper后，系统整体任务完成率提升至91.5%，可有效纠正语音识别误差。多场景梯度实验也验证了框架的普适性，机器人导航轨迹误差始终控制在合理范围，精准度满足微尺度作业需求。
多元创新突破，打造多场景微型机器人应用新范式
近年来，在攻克智能控制核心技术的基础上，喻婷婷团队持续微纳机器人实体的设计与制造，接连研发出多款微型机器人，为微纳机器人的产业化应用筑牢了技术根基。
一直以来，肾细胞癌恶性高、易转移，传统化疗副作用大、疗效欠佳，且现有医用微机器人结构繁琐、成本偏高、生物适配性差，无法满足临床转化需求。对此，喻婷婷团队创新采用卡波姆水凝胶为基材，通过3D打印技术制备出200微米球形软体微机器人，结构极简、成本低廉、生物安全性优异。并在水凝胶体系中嵌入磁性纳米颗粒，依托外磁场实现机器人精准靶向运动;同时将抗癌药物阿霉素负载于水凝胶三维网络结构中，赋予机器人运动、载药双重核心功能。团队创新性利用肾脏天然富集的尿素作为内源性触发信号，当机器人精准抵达病灶区域后，尿素可特异性破坏水凝胶非共价键结构，实现药物按需精准释放，彻底解决了传统药物持续渗漏、无效释放的问题。该机器人运动可控性强、药物递送稳定，无明显机体组织毒性，为肾细胞癌等实体瘤的局部精准治疗开辟了全新路径。
为解决微纳机器人功能集成与性能干涉的行业难题，团队创新研发磁-光热协同风车状微纳机器人，有效提升微尺度货物递送与混合效率。传统均质机器人难以兼顾运动性能、载药能力与响应速度，作业效率受限。团队借助DLP 3D打印技术，完成驱动与载药模块空间解耦，构筑刚柔耦合的新型异质结构。该机器人采用差异化功能设计，硬质PEGDA叶片嵌入定向氧化铁磁链，保障机械刚性与磁驱动扭矩，提升运动稳定性;软质GelMA水凝胶核心掺杂PDA材料，赋予优异的光热响应性能，完美平衡运动能力与功能响应效率。模拟结果显示，优化后的四叶片风车构型可在旋转推进中形成稳定线性运动，产生局部剪切应变场，依托离心泵效应主动扰动扩散边界层，让货物释放从传统被动扩散升级为主动对流模式。实验证实，在磁驱动混合与近红外光热解吸的协同作用下，该机器人货物累积释放率达85%，混合均匀度高达93%，综合性能远超传统均质单体结构。该成果不仅建立了异质化微器件设计新框架，更阐明了构型流体力学在微尺度载荷传输中的核心机制，为精准给药、微尺度操控技术升级提供了重要支撑。
在微机器人群体精准控制领域，喻婷婷团队创新提出频率选择性磁驱动控制方案，破解了全局磁场驱动的技术难题。传统全局磁场驱动无法对同场景多台微机器人实现差异化独立控制，易出现运动耦合、相互干扰等问题，限制了微流控、微反应器等多机协同场景的落地应用。团队创新设计三款外形一致、内部磁结构不同的风车状微机器人，利用其在不同频率旋转磁场中的运动响应差异，实现单一磁场下多机器人的选择性独立控制。实验证明，驱动频率超过0.3Hz时，Uniform、X-axis、Z-axis三类机器人呈现明显运动差异，形成可控的频率分离窗口，可完成精准独立操控。团队还构建了兼顾底面接触效应的动力学模型，证实底面接触是实现频率选择性控制的核心要素，完善了相关动力学理论。荧光染料微混合实验进一步验证了该控制策略的实用性，为微机器人群体协同操控、微流控、高精度微操作等领域提供了全新技术思路。
展望未来，喻婷婷团队将继续坚守科研初心，聚焦微型机器人智能化、多模态、场景化发展方向，持续攻克新的难题，拓展微纳机器人的应用边界，创新技术赋能智能装备升级与精准医疗发展，为我国微纳智能科技发展贡献更大力量。(文/陈伟)
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