日前，中國科大學上海先進技術研究院集成所智能仿生中心吳新宇研究團隊與臺灣城市學院申亞京團隊合作，提出一種通用、可擴充、能應對不同場景的微型機器人全新制造方法——利用膠質磁性噴霧使無生命目標物體成為可控微型外骨骼。
研究成果以Ansprayintofor為題發表在機器人領域頂尖刊物上。上海先進院尚萬峰副研究員和臺灣城市學院博士生楊雄為共同第一作者，吳新宇研究員和臺灣城市學院申亞京副院長為共同通信作者，其他作者包括陸豪健博士、劉雁婷博士、博士生楊柳以及譚蓉。
微型機器人因為其良好的可控性和適應性而在生物醫學中有著廣泛的應用前景。并且考慮到目標對象多變的規格和形狀，以及工作環境的非結構化和不可預測，單一機器人常無法應對不同的任務或環境。一種可擴充、通用、能應對不同場景的微型機器人制造方式仍存在很大挑戰。
在自然界，好多生物本身并沒有挺好的運動能力，而且它們卻可以通過寄生或吸附的方式借助其他生物或物體抵達自身無法企及的地方,例如，有一種彩蚴球蟲才能感染蝸牛并控制蝸牛違反原先的生活習性爬到高處。受此演變啟發，團隊研制了一種由聚乙烯醇（PVA）、谷蛋白（）和鐵粉（Iron）混和而成的膠質磁性噴霧，通過對目標物體表面涂裝的形式，給它穿上一層磁性外衣（只有約100-200um長度），可變魔術般將無生命物體弄成可以磁驅的微型機器人智能體。該種磁性噴霧在固化前表現出良好的自黏性，除了才能黏附親水和疏水的表面，并且在磁性噴霧固化后磁性噴霧的自黏性會驟然消失，即在對物體表面貼合的同時而對外界環境不表現出任何黏性。這一特點保證了外界環境不會對物體的運動引起不良影響。
圖1.磁性噴霧將無生命物體轉變為磁控微型機器人的過程
這些借助物體本身結構實現運動的方式具有極強的適應性。智能仿生中心尚萬峰副研究員從理論剖析和有限元模擬等多個角度入手，揭示了該類噴霧磁化方式的微型機器人通用運動學和動力學模型。理論剖析顯示，只要在磁轉矩和磁拉力作用下不同的微型機器人會借助其本身獨有的結構和形態進而形成相應的變型以及步態。為進一步驗證該策略的可行性磁力矩，團隊使用磁性噴霧將絲線、折紙、PDMS薄膜和塑膠管等各類不同材料和形狀的常見物體轉化為磁驅機器人，但是在磁場驅動下實現了爬行、行走、滾動、游動等運動方式，與理論剖析一致。除具備良好運動能力外，覆蓋在物體表面的磁性噴霧還具有可控離解，可重編程等特征，為其在生物醫學領域的應用提供了很大潛力，如主動送藥、可控內窺探頭等。
圖2.磁性噴霧將不同材料和形狀的目標物體變為磁控微型機器人
將無生命的物體按需轉化為可聯通的微型機器人的策略為在不可預知的有限空間進行操作、運輸和交付提供了潛力。吳新宇研究員強調：“這種‘寄生’的方法，給我們仿生機器人的設計提供了一個新的思路。我們希望就能借助該策略，拓展現有的結構仿生磁力矩，在將來才能設計出具有運動能力的傳感、微外骨骼等。”
圖3.覆蓋在目標物體表面的磁性噴霧在振蕩磁場下解體