磁致动四足软微型机器人的多模式运动和货物运输

磁力驱动的四足软微型机器人向胃活检的仿生行走和抓取示意图

最近，中国科学院深圳先进技术研究所的一个研究团队提出了一种由磁场驱动的仿生四足软薄膜微型机器人，其质量仅为41毫克，有望应用于胃部检查和治疗。研究人员实现了软微机器人在磁场中的多模态运动控制以及软微机器人对微小物体的抓取和运输。

这篇发表在《机器人与仿生系统》（Cyborg and Bionic Systems）上的新论文详细描述了微型机器人的制造过程和磁化过程，介绍了微型机器人移动和货物运输的机理，并演示了微型机器人将多个微珠从不同位置运送到目标位置。

无人值守的微型机器人因其在生物医学应用和小规模微操作中的潜力而备受关注。“由于磁场对生物细胞和组织无害，磁场被广泛用于驱动用于生物医学应用的微型机器人，”研究作者、中国科学院深圳高级技术研究所教授徐天田解释道。

受自然界中智能生物的启发，研究人员设计并制造了一种新型的无腿四足软薄膜微型机器人，由4个具有特殊磁化轮廓的磁性软腿和一个非磁性薄膜体组成。该机器人结构简单，采用脱模技术制作，模具采用高精度3D打印工艺制作。

（A和B）当施加锥形磁场时，机器人可以在表面上行走。（C和D）当施加旋转磁场时，机器人可以在表面上滚动

据研究人员称，通过使用不同的致动磁场，微型机器人能够实现多模态运动，包括直线行驶和滚动。通过产生锥形磁场，微型机器人可以交替移动腿部，实现在平坦表面上行走，就像四足动物的步态一样。

四足微型机器人不仅具有稳定的多种运动模式和灵活的转向控制，而且可以在各种复杂的障碍物环境中移动。微型机器人可以走过3层台阶，每层台阶的高度为1毫米。此外，四足微型机器人可以在充满凹槽的胃模型底部移动。

机器人可以越过一些大约2.2毫米高的低障碍物。当障碍物的高度较大时，微型机器人具有多模态运动的优势就会显现出来。在这种情况下，微型机器人可以切换到滚动模式以穿越障碍物。

四足微型机器人不仅具有出色的跨越障碍能力，而且具有出色的货物抓取能力。微型机器人身体横向磁场分量的大小可以调整微型机器人后腿之间的距离，从而能够抓取和释放货物。

（A）四足微型机器人走过3个台阶。（B）四足微型机器人在带有凹槽的胃模型底部移动

研究人员已经成功地控制了微型机器人将不同位置的2个目标珠子运送到指定的目标位置，这实际上验证了抓取和运输货物的能力。至于负载能力，实验结果表明，微型机器人可以抓取和运输高达自身重量3倍的物体。

与目前已在医疗领域应用的有线软体机器人不同，深圳先进技术研究院提出的四足软体微型机器人由于具有多模态运动的优势，具有更好的移动能力、穿越障碍能力和目标运输能力。

展望未来，徐教授表示，四足软体微型机器人有望应用于胃部检查和治疗。他们将继续优化微型机器人的设计，以实现更高效的运动和更好的抓取能力。