美國麻省理工學院材料科學與工程以及腦與認知科學教授 Polina Anikeeva 在她的實驗室里。（圖片來源：Steph Stevens/麻省理工學院麥戈文研究所）

由簡單磁場驅(qū)動的創(chuàng)新型軟體機器人十分適合在狹小環(huán)境中操作。這些機器人是由磁性橡膠螺旋構造而成，能夠響應編程來行走、爬升和游動，這些活動都是基于簡單且容易操作的磁場。

美國麻省理工學院K. Lisa Yang 腦體中心的主管，同時也是電子實驗室的教授Polina Anikeeva表明：“這是首次實現(xiàn)通過一維磁場來控制機器人的三維運動?！痹搱F隊在6月3日在《先進材料》期刊上發(fā)布了一篇關于磁控機器人的開放獲取文章?！坝捎谶@些機器人主要由柔軟的聚合物構成，因此只需很小的磁場就能激活它們，推動它們的是一個非常微弱的磁場?！?/p>

這些創(chuàng)新型機器人特別適用于在受限空間中運輸物品，它們?nèi)彳浀南鹉z構造對易碎環(huán)境相當溫和，這為其在生物醫(yī)療領域的應用創(chuàng)造了可能性。Anikeeva及其研究團隊已經(jīng)生產(chǎn)出了毫米級的機器人，但她也表示，使用相同的制造方法也能生產(chǎn)更小型的機器人。

Anikeeva解釋稱，迄今為止，磁性機器人是隨著磁場的變化而移動的。她說，在這些模型中，“如果你想讓機器人行走，相應的磁鐵也需要移動。如果你想讓機器人旋轉(zhuǎn)，你需要轉(zhuǎn)動你的磁鐵?！边@限制了這類機器人能夠工作的環(huán)境。“在一個高度受限的空間內(nèi)，移動磁鐵可能并不是最安全的做法。你會希望有一臺固定的設備，只針對樣本施加磁場。”

Youngbin Lee 博士，一個已經(jīng)畢業(yè)的Anikeeva實驗室研究生，設計了解決這一問題的方案。他研發(fā)的機器人不是均勻地磁化的，而是在不同部位和方向上被有策略地磁化，從而能通過單一磁場來實現(xiàn)分布式磁力驅(qū)動。

在進行磁化之前，需要先構建出柔軟而輕便的機器人主體。Lee采用了兩種不同硬度的橡膠，將其合并，然后通過加熱和拉伸成細長的纖維。由于這兩種材料的屬性各異，一種橡膠在被拉伸時能保持其彈性，而另一種則會變形并且不能恢復原狀。因此，當應力釋放時，纖維的一側(cè)會收縮，進而帶動另一側(cè)，使整個纖維卷成緊繃的線圈。Anikeeva提到，這種螺旋狀的纖維是受到了黃瓜植物卷須的啟發(fā)，當其中一層細胞比另一層更快地失水時，卷須便會呈現(xiàn)出螺旋形狀。

引入了第三種可能成為磁性的材料顆粒，這些被嵌入到橡膠纖維的通道中。這樣，在纖維形成螺旋后，就可以通過特定的磁化模式來實現(xiàn)預定的動作。

Anikeeva說：“Youngbin非常細致地計算了如何磁化這些機器人，以便它們能按照他的編程進行運動?！薄八_地計算了，當我們施加磁場時，如何在其上形成這樣的力分布，使機器人能夠開始行走或爬升?！?/p>

比如，為了創(chuàng)建一個像毛毛蟲那樣能爬行的機器人，螺旋纖維被塑成了輕微的波浪形狀，然后對其身體、頭部和尾部進行磁化。這樣，施加垂直于機器人運動平面的磁場會使機器人體積壓縮。當磁場減至零時，壓縮解除，爬行機器人開始展開，這些動作共同推動機器人前進。另一種設計的機器人有兩個足狀的螺旋纖維，它們通過關節(jié)連接，其磁化方式使得其行動更像是行走。

這種精確的磁化技術為每個機器人設定了一個特定的程序，確保了一旦機器人被制造出來，就能容易地進行控制。一個弱磁場就足以激活每個機器人的預定程序并推動其特殊類型的動作。一個單一的磁場甚至能讓多個機器人朝反方向移動（如果已進行過相應的編程）。研究團隊還發(fā)現(xiàn)，只需簡單地反轉(zhuǎn)磁場方向就能使機器人改變運動方向。

Anikeeva說：“現(xiàn)在，我們正在考慮如何將這些機器人應用到生物醫(yī)療領域中。由于它們是由柔軟的橡膠制成，因此可以很輕松地穿過血管和其他細小的身體通道?！蓖瑫r，她表示這種機器人還有其他多種應用，如進行精確的環(huán)境監(jiān)測、藥物輸送，甚至是無線電藥物釋放?！?/p>