7 月 1 日消息，近期，来自欧洲高校的华人科学家提出了一种新策略，旨在提升片状软体机器人的控制能力和性能，使其能够在流体中自适应环境并实现多种运动模式，包括滚动、波动爬行、波动游泳以及螺旋表面爬行。
这项研究已发表在科学期刊《Science Advances》，论文的标题为《充满流体的密闭空间中的软体自适应多模态运动策略》。
一、现有微型机器人缺乏环境自适应能力
在充满流动性液体的狭窄空间中，软体机器人需产生足够的推力，以克服流体的阻力和与边界的摩擦力。传统的刚性设计磁体微型机器人虽然可以移动，但对环境变化缺乏适应性，且在接触生物软组织时可能存在安全隐患。
另一种解决方案是将机器人的尺寸缩小到空间横截面以下，利用壁效应以减少流体阻力，但这种方法在细小血管内的运动仍然存在困难。
最新的解决方案是采用柔性软体材料构建机器人主体，使其能够在流体中被动运动，但目前尚未证明这种方案能保证主动运动的灵活性。
二、华人科学家为片状软体机器人设计了多种运动模式
微型机器人的运动效率是科学家们关注的重点之一。在不同的环境场景下，片状软体机器人能够在程序控制下选择最佳运动模式。在大于其自身尺寸的空间中，机器人可以卷曲成圆形以实现滚动。
在较小的空间中，机器人通过身体状态的波动前行，从而实现爬行或游泳以提高运动速度。
在圆柱管的环境中，机器人能够沿着螺旋面爬行，这样可以有效抵消流体的阻力，顺利到达目标位置。
三、频率驱动和体态控制赋予片状软体机器人高机动性
除了被动随流体移动外，微型机器人还需具备主动移动的能力。当机器人在不同流体粘度中以不同的驱动频率运作时，会面临不同的摩擦力和流体动力。通过调节磁驱动频率，可以改变机器人的体态和运动方向，从而提供不同的动力方案。当驱动频率为1 Hz时，片状机器人执行波动爬行，而在10 Hz时则进行波浪式游泳，这为其提供了多种运动选择。
在运动过程中，微型机器人可能会遇到不同的路径状态，及时调整姿态可以改变其运动模式。例如，当微型机器人在充满液体的圆柱管内移动时，可以将自身姿态卷曲，贴近螺旋面，这样不仅避免了阻塞管道，流体仍然可以通过，同时机器人也能通过动态对齐旋转方向，实现逆流体移动。
结论：片状软体机器人在医学领域展现广阔应用前景
人类体内充满了流动或停滞的生物体液，这对微型机器人的运动构成了重大障碍。
该片状软体机器人能够自适应环境，通过多种运动模式在密闭流体空间中灵活移动，为微型机器人在密闭空间的运动模式发展提供了新的思路。
片状软体机器人有望在微创手术中安全地在狭窄流体区域内运动，并可进入危险或难以到达的身体部位，在未来的医学应用中潜力巨大。例如，可以在靶向输送、细胞移植、内窥镜操作和微创手术中应用此技术，从而减轻患者的生理痛苦，造福更多患者。
