這是60年前，物理學諾貝爾獎得主費曼先生的幻想，現(xiàn)在，體內(nèi)的“外科醫(yī)生”已成為現(xiàn)實——微型機器人。具有主動轉(zhuǎn)向能力的遙控微型機器人在醫(yī)療應用中具有廣闊的前景。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，最近，北京理工大學研究人員研究人員開發(fā)出一種基于磁場驅(qū)動的軟體微型機器人，直徑只有200μm，不僅能憑借出色的控制和轉(zhuǎn)向能力模擬在血管中“跑酷”，還能操作微型物體！相關研究成果發(fā)表在Cyborg and Bionic Systems期刊上。

讓微型機器人動起來，這是第一步。然而這并不容易，因為在微觀世界里，很多物理定律與在宏觀世界里不一樣，微尺度狹窄空間內(nèi)的物體由于強大的粘附力作用，很難自由地運動。

為了解決這個問題，研究人員使用了磁驅(qū)動方法，其原理如下：所有帶磁性的物體在勻強的磁場下，都會受到轉(zhuǎn)動力，讓它本身磁矩的方向與磁場方向同向。

為了給機器人上磁，研究人員將釹鐵硼顆粒和柔軟的有機硅PDMS材料結(jié)合，制成微型軟體機器人，并在表面覆蓋了一層生物相容性的水凝膠層，這樣不僅克服了微型物體與機器人軟尖端之間的粘附力，還可降低微型機器人與基板之間的摩擦力，另外還可減小對生物目標的傷害。

磁驅(qū)動系統(tǒng)由一對垂直電磁鐵組成，微型機器人根據(jù)磁場進行轉(zhuǎn)向和振動移動，由于機器人是軟的，可以靈活彎曲身體，這使其能夠在復雜的分叉環(huán)境中靈活轉(zhuǎn)向。

為了測試微型機器人能否在血管里“跑酷”，?研究人員采用3D打印工藝制作了一個寬度為800μm的微流控通道，測試機器人在分叉管道中的轉(zhuǎn)向和運動能力。

在整個過程中，利用不同方向的磁場來控制微型機器人的轉(zhuǎn)向，時變磁場可以讓微型機器人振動起來，從而消除與環(huán)境之間的粘附力，同時推動前端，讓機器人向前運動。

當微型機器人遇到分叉時，研究人員通過控制電磁鐵，產(chǎn)生平行于目標路徑的磁場，使微型機器人的尖端指向該方向。

此外，微型機器人還可以操縱微型物體，研究人員設計了一個“搬珠子”游戲，在通道中隨機放置了5個微珠，通道還包含幾個凹槽，微型機器人可以通過磁場控制，穿過層層迷宮將目標珠子“搬”入目標凹槽中，該任務僅需數(shù)分鐘就可完成。

在醫(yī)學應用里，微型機器人可以作為藥物的載體，在人體內(nèi)把藥物送到它需要的地方，即“靶向治療”，也可以成為一把“手術刀”，直接進入血管把血栓溶碎，然后帶出來，解決血栓的問題。然而，想讓微型機器人真正應用到體內(nèi)，還有較長的路要走。

北京理工大學研究人員開發(fā)的這款軟體微型機器人能夠在復雜“迷宮”里自如運動和轉(zhuǎn)彎，并且操縱微型物體，這證明了該微型機器人具有巨大的血管內(nèi)操作潛力，未來，研究人員計劃進一步減小微型機器人的尺寸，并提高其控制精度。

論文鏈接

https://doi.org/10.34133/2022/9850832

審核編輯 ：李倩