彼得·威尔（Peter Will）看到了自己面临的严峻问题。周围的一切都在缩小。各种各样的东西。这什么时候开始的？他为什么没有早点注意到？他是在 20 世纪 40 年代在苏格兰长大的，小时候喜欢拆解玩具来研究它们是如何工作的，但那时东西都很笨重——自行车、打字机、收音机。电子产品在 60 年代和 70 年代开始缩小，当时他还是 IBM 的年轻工程师；但至少机器的尺寸仍然可观，他当时操作的工业机器人是令人放心的庞大装置。然而，到了 1988 年，机械东西也开始缩小了。研究人员刚刚制造出直径为 60 微米的电动机——相当于百分之六十亿分之一米，0.002 英寸，比人的头发丝还细。当通电产生静电时，转子竟然会旋转。威尔认为这很了不起，但有一件事困扰着他。要建造这样一台精密的微型机器，即使是一台也需要付出巨大的努力。人们将如何大规模地组装这些机器？
在加州纳帕的 Silverado Country Club，威尔向一群专门制造这些微型机器的工程师提出了他的问题。他现在不得不自己担心这个问题，因为他最近刚在帕洛阿尔托的惠普公司担任制造研究总监。他往录像机里插了一盘录像带。屏幕上出现了一只巨大的手，手里拿着针尖状的实验室镊子。镊子尖下方，一个微小的零件——一块大约 2 毫米见方的晶体管，用于微波仪器——放在桌子上。这个组件必须被拿起。这场较量看起来毫无希望。就像任何有脉搏的人一样，那只手会微微颤抖。镊子放大了这种颤抖，使得它们的尖端在小零件上方微小地摆动。它们勇敢地靠近并夹住了它，最有可能是在心跳之间，就像目标射手瞄准扣动扳机一样。观众如释重负地叹了口气。但现在小零件粘在了镊子上。针尖分开，但组件却不肯松开；静电让它粘住了。手试图把它甩掉，越来越用力。观众痛苦地呻吟着。当小零件最终掉落时，它没有落到它本应被焊接的正确位置，而是落回了桌子上。手重新开始。这次镊子按得有点太用力了。一个尖端像玩叠杯一样从零件边缘滑开，接下来发生的事情真是太惊人了。小零件猛地弹开，完全消失在画面之外，就像从贝比·鲁斯（Babe Ruth）的球棒下飞出的全垒打。观众倒吸一口凉气。
威尔的录像几乎粉碎了人类用工具手工组装微小机械装置（包括齿轮、翻盖、轮子和转子）的设想。但让某种微型机器人来做呢？根据他对机器人技术的了解，威尔认为这不太可能。在 60 年代的 IBM，他制造了 RS/1，这是第一款能够选择电子元件并将其插入电路板的机械臂。他花了数十年时间，让它和类似的机器人处理更复杂的任务。尽管他的努力带来了许多突破，并使他成为机器人领域的传奇人物，但最终他和他的同事们失败了。机器人非常适合给汽车喷漆或焊接接缝，甚至可以将电子芯片塞入印刷电路板，但在组装任何精细的东西时，它们都是无用的。在惠普和其他地方，所有精细的组装工作都是手工完成的。你仍然可以看到成排成排的人们，通常在远东地区，在生产线上进行组装，威尔说。在硅谷也能看到。基本上，我们机器人专家还没有证明我们有能力让这件事变得容易。
威尔对在场工程师的信息很明确：你想在实验室里缩小任何东西，建造最奇妙的微型机器，但迟早你会想制造它。他说，他们所有早期奇妙的突破都将付诸东流，因为我们没有技术来制造它们。
这一缺点并没有阻止尝试——越来越多的研究人员正在制造的不仅是微型零件，不仅是微型电机，还有更复杂的机器：一辆大米大小的微型工作汽车，一台完整的微型车床。这些微型奇迹大多产自日本，那里的工业研究团队倾向于采取将传统机器缩小到小尺寸，并以超乎常人的耐心组装零件的策略。
相比之下，美国的许多研究人员倾向于制造更简单、更扁平的微型器件，它们都是一次性从硅表面上制造出来的，电子元件嵌入在同一个芯片中。无需组装。这种方法可以追溯到 20 世纪 70 年代，当时斯坦福大学和 IBM 的研究人员制造了第一款具有商业实用价值的微机械装置：一个简单的悬臂梁，一个像跳板一样的柔性翻盖。目前，微小的硅翻盖在汽车中作为加速度计发挥着重要作用。当汽车减速时，它不会弯曲太多，但突然的碰撞减速会使其弯曲到足以激活微电路，从而启动安全气囊。下一个同样简单的硅机器是：薄而微小的隔膜，在压力下会弯曲。今天，你可以在一次性传感器中找到它们，这些传感器用于监测医院患者静脉输液管中的血压。它最显著的优点之一是，这种微型监视器逆转了高科技医学领域的一个丑陋趋势。它以大约 10 美元的价格取代了成本为 6,000 美元的更大仪器。另一个有用的隔膜，微型泵，工作方式几乎相同，但不是对液体压力做出反应，而是主动推动液体。
工程师们在这些二维机器上取得了很大进展，近年来应用也蓬勃发展。几乎所有现代汽车现在都有一个设备来测量发动机进气歧管的空气流量，精确计算应与之匹配的燃油量，并喷射出足以确保高效、低污染燃烧的燃油量。
还有更多的事情要做。例如，用于安全气囊的悬臂梁也可以用作精密的化学传感器。如果其尖端涂有能吸引汞蒸气的物质，那么在有这种致命气体存在的情况下，它就会弯曲到足以触发警报。同样，监测血压的隔膜也可以追踪任何其他类型的压力，例如轮胎中的气压。如果美国所有的轮胎都充气正常，仅此一项就能将燃油消耗降低 10%。研究人员还在研究将实验室化学分析装置缩小到指甲盖大小的芯片上，其便携性足以带到犯罪现场，以及生产硬盘驱动器小得多的计算机。
但是，越来越多的研究人员认为，我们很快就会受到二维器件局限性的困扰。越来越多的令人兴奋的微型机器的想法似乎都指向三维组装。甚至在五到六年前，人们就已开始清楚，美国全息二维蚀刻者的道路正开始与日本分块三维缩小者的道路汇合。换句话说，工程师们正在考虑将三维微机械零件与二维器件结合起来，制造出小型单功能机器人。一个完整的系统将包含三个组成部分：一个像悬臂梁一样的传感器，一个微处理器（大脑），以及一个像泵或电机一样的执行器。这些微型机器将感知环境的变化，将其与编程的理想值进行比较，然后执行适当的操作。工程师们为这种复合智能机器起了个名字——微机电系统，他们又将其缩写为 MEMS。
MEMS 的理念很简单：缩小和集成。缩小传感器，缩小执行器，缩小微型电子大脑；将所有东西塞进微型封装中，可以取代一大架子上的笨重设备。控制导弹的硬件是笨重的东西；MEMS 人员谈论的是“制导子弹”。手术是笨重的东西；MEMS 人员设想智能药丸，它们可能会像《神奇旅程》中的潜艇一样在血管中巡航，给肿瘤进行剂量治疗或清除堵塞的动脉。 fat 电视屏幕将被数百万个微型旋转镜子的平方英寸投影仪淘汰，每个镜子都反射一个图像像素。即使是非移动化学传感器与泵结合，也可以作为微型医疗植入物发挥奇效。对于糖尿病患者，它可以在血糖开始升高时将其滴入血液；对于癌症患者，它可以维持治疗药物在肿瘤部位的稳定浓度。一些已经需要微型工具的手术技术似乎急需 MEMS 处理。例如，为了在足够短的时间内清除中风患者的血栓以避免脑损伤，医生通过微型导管注射溶栓药物，然后用一根细小的金属丝圈套出残余物。为什么不将 MEMS 机器人送入动脉来完成这项脏活呢？外科医生已经测试过用于进行冠状动脉搭桥手术的微型机械臂。这些机械臂配备了剪刀、持针器、抓手和摄像头，但足够小，可以穿过一毫米的导管。 MEMS 机器人可能要小 50 到 100 倍。
威尔的愿望清单上还有一项 MEMS 设备：一台组装机器人。没有它，这些设备最初将如何制造？但即使他知道如何设计一个，他也需要成千上万个才能开始任何有用的组装，而且他无法想象手工制造这些成千上万个，即使拥有市场上最好的镊子。也许一个原型是可能的——经过痛苦而英勇的努力。踏上这条路的许多研究人员花费了数年时间和一笔笔巨款才制造出一个工作模型。威尔将这种方法比作在针尖上写圣经。“人们就是这么做的，”他惊叹道。“但经过五分钟的思考，我觉得这并不适合我。我们必须找到一种更好的方法。”
威尔说，在解决问题时，他所做的是解决它，同时又抽象出它的一些本质。正如他的录像所显示的，问题在于如何操纵那些容易反抗、难以预测地跳跃或粘附的零件。为了找到那些行为不端的微小零件的本质，他开始观察、思考和玩弄各种东西——大的小的都玩。他把叠杯射向书桌，模仿跳跃的零件；他把东西在表面上摩擦，以产生静电。他很快发现了一个共同点。“我意识到，”他说，“很多问题都源于尺度。”
从某种意义上说，这种说法是微不足道的。尺度意味着相对尺寸，显然人类大小的工具和蚊子大小的机器之间存在不匹配。但在另一种意义上，威尔抓住了问题的本质。工程师们早就知道，将事物放大或缩小会改变它们的物理行为。我们大多数非工程师也凭直觉知道这一点。蚱蜢和河马的运动能力和体型差异巨大。虽然蚱蜢能跳到自身体高的许多倍，但河马如果愿意，也很难越过比它脚踝高多少的东西。这是因为当你从昆虫放大到野兽时，重量随动物尺寸的立方（其体积）增加，而肌肉力量只随尺寸的平方（其横截面积）增加。一般来说，当你放大时，东西相对于其尺寸似乎更重，当你缩小尺寸时，它们似乎更轻。当你下降到比蚱蜢小一千倍的领域时，跳跃是令人难以置信的。威尔说：“这就像你玩叠杯一样，而不是一个东西结束在你叠它的地方附近，它会跳出数百英尺。”
威尔观察到的缩放效应没有一个让他感到惊讶。他指出，缩放是工程学中的一个基本概念，尽管并非总是被记住。工程师们有公式来调整他们的设计以适应缩放效应。然而，微型机器生活在一个比我们的世界小得多的世界里，以至于缩放效应即使对工程师来说也难以想象。威尔说：“你会遇到一些奇怪的事情。它们并不违反任何物理定律，但从人类经验的角度来看，它们很奇怪。”
不仅很容易将微小组件“打出本垒”，同时还有其他力量在合谋限制其微弱的体积。我们剥下一件因静电而发出噼啪声的毛衣并不难，但微型组件像物质被黑洞吸引一样吸收静电。流体同样糟糕——微小零件无法打破表面张力。在微型电机中，油会使机械装置卡住，像硬化的焦油一样阻碍运动。然而，比米粒还小的汽车的轮子产生的摩擦力不足以移动汽车。车辆的重量微乎其微，它对地面的橡胶施加的压力也很轻，以至于轮子会像在冰面上一样旋转。
至于组装机器人，威尔知道将它们缩小尺寸的效应会完全破坏它们的动作。他说：“你不能只是把它们缩小到极致。” 如果它们要成为现实，他认为，他必须重新发明一切。
1992 年 5 月，当威尔仍在思考这个问题时，他离开了惠普公司，来到南加州大学在洛杉矶沿海郊区玛丽娜·德尔雷伊运营的一家实验室——信息科学研究所（ISI）担任研究工作。他一生都在工业实验室度过，他很喜欢办公室窗户外平静的海港景色。当他望着窗外时，他反复思考着微型三维机器人从一张微小零件阵列中组装微型器件的想法。“这样想是很自然的。我们大多数人在小时候都是通过把零件倒在桌子上然后组装起来的。我们长大了，这就是我们组装的模式。威尔也是如此。57 岁的他已经花了一生的时间试图制造能够完成所有组装工作的机器人。但是，如果你只是打开一个盒子，把零件倒在桌子上，然后桌子自己就能建造你的东西呢？自动地。制造任何你编程想要的装置。
他想，与其拥有这个微型机器人，这个小人，这个有小关节的手臂——也许最好的方法是颠倒这个问题。与其把智慧放在机器人身上，让桌子变得愚钝，也许更好的做法是让一张非常聪明的桌子和一个非常愚钝的机器人。或者可能根本没有机器人。他最终放弃了这个小人的想法。桌子本身会组装东西。威尔想出了一个值得孩子们幻想的奇思妙想。
当然，这种愿景缺乏重要的细节。桌子怎么能变得聪明而且有物理活动能力呢？威尔需要某种嵌入在表面中的机制来操纵物体。他设想桌面上到处都是小推杆，或者可能是抓手，它们之间分布着智能——比如成千上万的微型手指，像田野里的麦子一样在表面上挥舞。它们中的每一个都可以被编程。单独来看，没有一个会非常能干。但它们可以一起分拣和组装零件。
但是微型手指很难建造。威尔想要更简单的东西。所以他放弃了手指的想法，回到了一个平坦光滑的表面，他的“白板”（tabula rasa），它将建造东西。他想到了当你摇晃物体时，它们在表面上滑动的样子。他知道他可以用那种方式移动东西，但它似乎不适合组装。你可以通过摇晃来将面包屑送到砂锅里，但想象一下试图通过摇晃桌子来拼凑一个拼图。威尔需要更多的控制。他想到了用毛皮或天鹅绒覆盖表面。这些材料的绒毛会使物体在一个方向上滑动更困难，在另一个方向上更容易。通过操纵绒毛，他也许可以控制运动。威尔说：“我突然想到，这非常像有纤毛的物体。”
微生物有可移动的、毛发状的突起，称为纤毛，它们能让它们在水中游动。微小的海洋动物有纤毛，它们能将食物送入口中。纤毛覆盖我们肺深处的空气通道表面，像传送带一样搅动，将灰尘和粘液排出。威尔想，一个机械版本可能会在表面上推动小物体。借助嵌入同一表面的计算电路，这些纤毛可以被编程为按大小和形状分拣物品，将正确的零件组合在一起，正确地旋转或对齐它们，然后为最终的连接操作（如电路板上的最终焊接）呈现组装好的零件。
威尔越深入思考，就越坚信这并非疯狂的想法。成千上万个相同的纤毛，这些尽职尽责的纤毛组成的“压迫者”大军，可以覆盖标准计算机芯片的表面。这些“芯片工厂”将 usher 新一代 MEMS 进入日常生活。威尔称之为“智能运动表面”（Intelligent Motion Surface）的假想机器人桌，不仅将组装当前的简单 MEMS 器件（如安全气囊加速度计），还将组装下一代奇妙而复杂的微型机器。
如今，威尔的 MEMS 项目已经进行了五年，穆里洛·库蒂尼奥（Murilo Coutinho）在 ISI 的一台台式电脑前玩着游戏——纤毛游戏。他正在测试在纤毛表面操纵物体的策略。当他操作控件时——指挥纤毛向这个方向或那个方向推动，塑造着他屏幕上笨拙移动的盒状物体的流动——他看起来很专注，就像一个孩子在铁路场里指挥玩具火车。
纤毛本身不会出现在屏幕上。取而代之的是，粗箭头代表着大片纤毛正在推动的方向：上、下、左或右。如果库蒂尼奥设置了一系列向右推动的场（表示为>>>>），他可以将一个零件放在表面的任何地方，它都会向右移动。如果他设置了相反的场（>>>> <<<<），它们会将零件推向中心，然后停止。然后，他可以重新配置场，使零件旋转，例如，通过将右侧推向屏幕底部，将左侧推向顶部。或者，他可以将其他零件拉过来“欺负”这个零件就位，就像拖船帮助皇后玛丽号靠岸一样。（威尔说，这个想法来自观看港口里的船只。）他的微型拖船包围并推动顽固的零件。与镊子不同，它们不能“tiddle”。
库蒂尼奥现在拥有一个纤毛场配置库，他可以将它们组合起来做令人惊奇的事情。例如，他可以在场中编程一个孔（没有纤毛移动），其形状与特定零件相匹配，使其完全静止，而其他地方的场则将其他零件移到其他位置。也许他们会将方块冻在方形孔中，将圆形零件倒在左侧边缘，然后将畸形方块（不适合孔的）倒在右侧。表面确实看起来很智能。它识别零件：它可以丢弃坏的零件，并将好的零件“哄骗”到正确的位置和方向。威尔说，这才是开始制造的本质——更不用说传感器机器人一项了不起的壮举。
威尔的团队已经准备好将定制程序下载到真正的微芯片中。当然，在模拟中很容易取得快速进展。使用他的计算机重新配置场，库蒂尼奥可以在几分钟内制作出一个新的虚构纤毛表面。另一方面，真正的微芯片需要大约 14 周的设计和制造时间。威尔说：“显然，软件比硬件进展得更快。”
事实证明，能够将物体朝任何方向推动的纤毛在机械上是非常复杂的附属物。威尔的第一个设计雄心勃勃——一个铰接的帐篷状结构，用两条腿支撑，每条腿底部都有一个马达。从机械角度来看，这相当聪明。“我完全朝着这个方向前进，”他说。“但那是一件非常难建造的东西。你必须从固体硅中蚀刻材料，直到剩下具有三个铰链连接到两个马达的关节。我开始建造那种可怕的机械装置，”威尔说。“而且它不好用。它太复杂了。”
幸运的是，MEMS 研究人员一直在积极分享信息。在一次会议上，当威尔描述他希望他的纤毛如何工作时，有人反驳说：“但藤田（Fujita）已经做过类似的事情了。” 威尔查阅了参考文献——东京大学的藤田博之（Hiroyuki Fujita）——发现它们至关重要。威尔说：“在一个三维工程文化中，出现了一种出色的二维策略。藤田做了一件非常酷的事情。他建造了一个简单的 MEMS 器件，一个扁平的长方形条，受热时会弯曲。它只会那样做：像平装书的封面一样卷起来。它由两种材料制成——一种是涂有金属的塑料——所以当藤田通过金属层传递电流，使其发热、膨胀和放松时，这个长方形的翻盖就垂下来了。当电流停止时，金属会像紧张的肌肉一样冷却和收缩，翻盖又会卷起来。
这些翻盖上下卷曲，看起来像挥舞的纤毛场。但它们只能朝一个方向推动；它们不能扭转或旋转。尽管如此，藤田还是将他的小翻盖排成一行，并证明它们确实可以在表面上行走微小物体，大致呈直线。威尔意识到，没有关节或马达，这种翻盖比他正在努力设计的装置要简单得多。实际上，这个翻盖只不过是最初的 MEMS 悬臂梁，变得有源而非无源。它摇摆不定。威尔想，机器人能有多简单、多愚钝？
威尔觉得自己已经成功了一半。现在他只需要弄清楚如何利用藤田的线性、单向纤毛运动在表面上任意推动物体。他说，这个解决方案——一个受彩色电视启发的想法——很快就来了。电视屏幕有图像像素，每个像素包含三个点：红、蓝、绿。广播信号决定了每个像素的点亮方式，颜色会随着信号的变化而变化。威尔决定制造运动像素。
在库蒂尼奥的电脑屏幕上，模拟纤毛场的箭头指向四个方向：上、下、左或右。这是他唯一的选择。这是因为威尔决定硬件上的每个运动像素将包含四个翻盖，一个朝上，一个朝下，一个朝左，一个朝右。一个控制器，作为蚀刻到芯片上的电路的一部分，将根据软件执行的命令，选择激活哪个（或可能，哪些）。
在隔壁的办公室里，库蒂尼奥的硬件对应者亚当·科恩（Adam Cohen）每天都在为一项繁琐的工作而烦恼。科恩是一位物理学家，也是一个“三维思维”的人，他面临着一个艰巨的任务，那就是想办法用工程师制造二维电子电路的相同技术来制造真正的纤毛芯片。它有一个听起来很邪恶的名字，海藻（sea moss），写成 CMOS，代表互补金属氧化物半导体。从概念上讲，制造电子芯片就像进行艺术课的蚀刻：首先，你将线条图案投射到一块结晶硅上，然后使用腐蚀性化学品去除你不想要材料的区域。然后，你沉积一层材料，并一遍又一遍地重复这种蚀刻过程，直到你拥有一个由沟槽、柱和填充有各种金属和半导体类型的盆组成的复杂三维结构。然而，无论这些电路变得多么复杂，每一层本质上仍然是一个二维图案。科恩则必须想办法从这些图案中“哄骗”出第三维。他必须不断地蚀刻材料，直到剩下有明显厚度的机械零件——这是他头痛的根源。这就像拿一块刻有漂亮的、平坦的丢勒蚀刻画的薄板，用蚀刻剂暴露更长时间，然后希望能得到一件米开朗琪罗风格的三维雕塑浮雕。
为了在硅芯片表面制造一个翻盖，科恩和他的同事们在矩形的三侧进行了蚀刻。蚀刻气体还将硅从翻盖下方挖掉，而顶部则被掩蔽，保持完整。然后，在硅上方沉积一层铝，形成完整的双层翻盖，在目前的 ISI 芯片上，尺寸为 400 x 100 微米，大致相当于一根胡须的尺寸。科恩说：“我们可以做得小得多。如今的芯片制造商实际上可以蚀刻四分之一微米的特征。但在 MEMS 领域，人们并不走在前沿。他指出，如果你在那个尺寸的十倍，那仍然比以前的成就好一千倍。”
威尔和他的同事们不得不尝试许多对电路制造商精细 CMOS 技术进行的微调。科恩解释说：“我们使用的半导体工艺，尤其是蚀刻，是不可预测的。你可能需要蚀刻剂在特定位置移除 100 微米的材料，但它却移除了 200 微米。如果你的翻盖只有 2 微米厚，那就很糟糕了。” 事实上，他们第一次尝试制造翻盖时，芯片表面出现了斑驳的陨石坑，本应是翻盖的地方。科恩耸耸肩说：“那你该怎么办？你得重新走一遍整个流程，改变你的设计来弥补，或者改变工艺——所有这些都会耗费几个月的时间。” 他抱怨说：“这是一种非常困难、令人沮丧且混乱的工程方式。但现在他别无选择。
威尔说，使用 CMOS 技术制造纤毛的美妙之处在于，它与制造不断缩小的集成电路所使用的技术相同，这意味着你可以将纤毛和电子设备集成到同一芯片上，而无需额外的步骤。例如，当威尔在硅翻盖顶部放置铝时，他也可以在芯片的其他部分放置铝来构成控制翻盖的电子电路；他所要做的就是蚀刻出布线图案。将机械部件与电子电路相同的技术联系起来还有另一个优点：随着电子设备不断缩小，威尔的小型平面机器人也随之缩小。如果你可以在芯片上集成更多的晶体管，这意味着你可以蚀刻出更精细的电路。因此，你也可以制造更小的纤毛，它们将操纵更小的零件。这就是为什么科恩会继续被束缚在 CMOS 蚀刻——以及它迷人的洁净室、兔子服和有毒气体——直到他发明一种更好的方法，将电子设备与他的技术联系起来。他现在正在努力实现这一目标。
他的风格是，在描绘了电子和机械携手迈向微观视野的光明图景之后，威尔觉得有必要给它降降温。“这都是梦想，你知道。说起来容易做起来难。” 最近，团队放弃了早期实现电路和纤毛同时工作的目标。取而代之的是，他们开始制造一系列有限目的的实验芯片，其翻盖由外部设备控制。科恩说，这个系列中的第一块芯片看起来糟透了，原因我们仍然不知道。很少有翻盖能正常工作。第二块芯片要好一些：翻盖能工作，但并非所有都能很好地工作。科恩选择了最好的翻盖设计，并用于下一轮。
第三块芯片被纳入了威尔的电影档案。科恩将其设计为能够像传送带一样将零件直线移动到表面上。电影展示了一块块状的硅点（代表着尚未发明的 MEMS 组件）在表面上摇摆移动——科恩承认，移动控制不是很有序。但它确实在移动。科恩说，他们可以通过使纤毛变小来消除摇摆，这样它们推动的物体总是有两个或三个纤毛在下方。运动速度大约是五到十个翻盖长度——几毫米——每秒。这一点也必须得到改善。
第四块芯片通过隔壁房间的仪器进行布线，是尖端技术。它比小拇指还要小，金属翻盖上下卷曲时，它闪烁着微光，如同微型池塘。科恩设计这块芯片是为了旋转物体。四个纤毛场分布在四个象限，其设计在概念上类似于美国西南部四个州边界的交汇处。想象一下，亚利桑那州的纤毛都向北推，犹他州的向东推，科罗拉多的向南推，新墨西哥州的向西推。一块零件放在这块芯片的中心，在四角交汇处，就会在表面上旋转。由于威尔将纤毛成对地相对放置，相同的设置可以使零件向相反方向旋转。
这是又一个进步，但仍然无法与库蒂尼奥在他的电脑屏幕上展现的编舞相提并论。显然，硬件必须大大改进才能赶上软件。首先，威尔必须制造出更接近运动像素的想法，其中纤毛将以四组而不是四个象限的形式进行作用。他需要添加控制纤毛的电路。也许是时候添加某种传感器了。威尔说：“我们没有传感器就走不下去了。不加传感器真是太愚蠢了。” 他建议，安装在芯片上方的摄像头可以让智能表面知道零件何时到达孔中，或何时偏离了推力场。有了这些反馈，微处理器就可以即时调整程序的速度，或修改场的形状以收集跑偏的组件。
还有时间进行实验，因为 MEMS 制造商目前还没有对纤毛微芯片的迫切需求。威尔说：“这是一个严峻的挑战，我不确定我们是否已经解决了。还有很多很多选择。威尔称他们为‘友好对手’，他们大约在他开始的时候就开始了，他们使用了硅以外的材料制造机器人表面，并制造了纤毛以及其他模仿肌肉纤维、手风琴、尺蠖的翻盖或推杆。威尔说：“在这个尺度上，弯曲件是很好的。但现在还很难说，哪种弯曲件（如果有的话）最终会起作用。但现在看来很清楚，哪一种已经开启了机器人技术的新领域。威尔说：“纤毛是第一个想法，它抓住了人们的想象力。”
纤毛的未来
彼得·威尔称之为“智能运动表面”。其他研究人员称之为“矢量场机器人”。理念相同：利用半导体技术制造一种全新的机器人——一种扁平、智能、带有纤毛的表面。尽管最初是为了操纵人手和镊子无法触及的物体而设计的，但一些研究人员发现，它也适用于人类规模的物体。以下是纤毛机器人未来的发展方向：微阀。加州 Xerox 帕洛阿尔托研究中心的安德鲁·伯林（Andrew Berlin）正在为极其精确的打印机开发微型阀门。他已经制造了一个原型打印机，其中有 50 个微阀，通过喷射空气流来移动打印机纸张。
多足动物。达特茅斯学院的布鲁斯·唐纳德（Bruce Donald）正在把纤毛表面倒过来。他的纤毛不是移动物体，而是充当微型腿或鳍，让微型机器人爬行或游泳。这些机器人可能成为体内药物释放的智能药丸，或用于机械维修的微型机器人。然而，唐纳德并没有放弃矢量场机器人。他已经证明，使用这种技术可以对任何形状进行分拣和组装。一位同事目前正在为联合包裹服务公司（UPS）开发一种类似的智能表面，用于分拣真正的包裹。
微翻盖。据说阿基米德吹嘘说，只要有合适的支点，他就能用杠杆移动地球。同样，加州大学洛杉矶分校的志明·何（Chih-Ming Ho）希望用肉眼看不见的微翻盖来控制飞机。覆盖在机翼和机身上的微翻盖将推动流过这些表面的薄空气层，其效果与更大的翻盖相同。到目前为止，他已经在模型上演示了这一概念，并且他相信它能够扩展到全尺寸飞机。塑料微机器人。斯坦福大学的格雷戈里·科瓦克斯（Gregory Kovacs）和约翰·苏（John Suh）避开了传统电子产品的硅材料，转而专注于用塑料制造纤毛阵列，他们说塑料具有更好的机械性能。第一个应用可能是用于电子显微镜的样品定位，但组装可能是长远目标。
微反射镜。1996 年，德州仪器公司推出了其数字微反射镜器件（DMD），这是一种芯片，上面有五十万个固定在移动翻盖上的镜子，与威尔等人制造的纤毛类似。DMD 用于超小型投影仪。尽管从反射光到操纵固体物体是一个巨大的飞跃，但 TI 致力于大规模生产这些翻盖，这有望改进制造工艺，并为 MEMS 研究注入了活力。DiCon Fiberoptics 的研究员 Meng-Hsiung Kiang 和她在伯克利的同事正在为微型低成本激光器制造微反射镜，这些激光器最终可能用于通信、光学计算或惯性制导装置。
