温度响应型微机器人在受限环境高温传感中的突破性应用与神经网络集成研究

为解决受限空间高温检测难题，研究人员开发了一种集成人工神经网络(MLP)的Janus结构温度响应微机器人(TRM)。该TRM基于Cu(NH3)4SO4热致变色材料与镍磁驱动层，可在160-240°C不可逆变色，通过多层感知器模型实现非透明环境精准测温，为工业高温监测提供新方案。

　　

在工业生产和地质勘探中，高温密闭空间的温度监测一直是个棘手难题。传统热电偶和红外传感器受限于体积和光学可视性，而量子点、稀土掺杂纳米颗粒等纳米温度计又依赖复杂的光学检测系统。当面对多孔地质结构或嵌入式工业系统等非透明环境时，现有技术往往束手无策。微纳机器人凭借其微小尺寸和自主运动能力，为解决这一困境带来了新希望，但如何实现高温环境下的精准测温仍是一个待攻克的科学问题。

针对这一挑战，国内研究人员在《Research》发表了一项创新研究，开发出温度响应微机器人(TRM)系统。该团队通过微流控技术制备Janus结构微球，一半是Cu(NH₃)₄SO₄热致变色材料，另一半是镍磁驱动层。利用三维亥姆霍兹线圈系统控制运动，结合多层感知器(MLP)神经网络解析颜色-温度关系，实现了160-240°C高温区间的被动式测温。

关键技术包括：微流控法制备TRM基微球，物理气相沉积(PVD)镀镍构建Janus结构；X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征材料特性；定制三维亥姆霍兹线圈系统实现磁控运动；CIE 1931色度空间量化热致变色响应；MLP神经网络建立RGB-温度预测模型。

传感机制与TRM制备
研究发现Cu(NH₃)₄SO₄在160°C开始转化为Cu(OH)_x(SO₄)_y，200°C以上树脂氧化产生共轭双键导致黄变。通过T型微流控通道制备直径25μm的微球，PVD镀300nm镍层确保磁驱动能力。XRD显示15-25°区间衍射峰变化印证热致变色的不可逆性。

磁控运动特性
在5-25mT磁场下，TRM速度随场强线性增加至650μm/s，存在30-40Hz的步进频率。通过轨迹控制实验，TRM成功完成"TRM"字母书写和模拟多孔道导航任务，在33秒内完成复杂路径运动。

神经网络温度预测
采集100个TRM在160-240°C的显微图像，提取非镍区RGB值。构建3输入-3隐藏层(256/128/64神经元)的MLP模型，训练集R²达0.9789，测试集0.9462，预测误差±5°C内。色度坐标分析显示x值从0.25(160°C蓝)增至0.4(240°C黄)。

模拟环境验证
在200°C陶瓷加热的多孔碳化硅模型中，TRM成功完成"进入-测温-退出"全流程。回收后MLP预测温度199.76°C，6批次实验显示良好重复性。在视觉受限条件下，TRM仍能通过276秒轨迹完成孔隙穿越测温。

该研究开创性地将不可逆热致变色、磁驱动机器人和人工智能分析相结合，突破了传统高温传感的空间限制。TRM的被动记录特性使其特别适用于地质勘探、工业设备等非透明密闭环境。未来通过材料拓展和微型化，有望进一步扩大检测范围。这项工作为极端环境监测提供了全新范式，展现了微纳机器人在复杂工况下的应用潜力。