圖源：趙然等人。

磁性軟體機(jī)器人是一種在磁場(chǎng)作用下可以改變形狀或執(zhí)行不同動(dòng)作的系統(tǒng)，具有無線驅(qū)動(dòng)、高靈活性和無限持久性的特點(diǎn)。然而迄今為止開發(fā)的大多數(shù)系統(tǒng)只能呈現(xiàn)有限數(shù)量的形狀，完成簡(jiǎn)單的任務(wù)。

中國(guó)科學(xué)院的研究人員最近開發(fā)了一種新的技術(shù)，可以創(chuàng)造出一種基于磁像素的新機(jī)器人，通過編程使其改變形狀或執(zhí)行不同的任務(wù)。

“無論是基于軟磁材料還是硬磁材料，大多數(shù)軟體機(jī)器人的磁化過程都是與制造過程相結(jié)合的，”研究人員趙然說道，“換句話說，這種機(jī)器人無法像傳統(tǒng)機(jī)器人那樣通過程序?qū)崿F(xiàn)功能的重構(gòu)。”

然而這項(xiàng)最新的技術(shù)使得重復(fù)編程的磁性軟體機(jī)器人成為可能。它的關(guān)鍵原理是將用于制造機(jī)器人的磁性顆粒包裹在相變材料中。

“通過改變溫度，我們可以根據(jù)需要反復(fù)‘寫入’和‘擦除’磁化曲線，”趙解釋說，“利用這種方法，我們制造了一個(gè)可重新編程的磁性軟體機(jī)器人。通過改變彈性體中的磁化曲線，使機(jī)器人做出不同的響應(yīng)動(dòng)作。”

圖源：趙然等人。

他們發(fā)明的機(jī)器人由磁性像素、含有液態(tài)金屬和釹磁體(NdFeB)的粒子以及硅制成的彈性矩陣組成。研究人員使用一種被稱為激光輔助加熱的過程，分別磁化每個(gè)磁像素，使用單個(gè)像素或多個(gè)像素作為獨(dú)立的磁化剖面，又通過在磁像素之間添加柔性鉸鏈可以使機(jī)器人具有獨(dú)特的硬化功能。

也就是說，機(jī)器人的磁化強(qiáng)度和剛度都可以通過編程來改變，只需切換到“剛體”模式，機(jī)器人就可以保持固定的形狀。

“我們的新技術(shù)使得我們可以為磁性軟體機(jī)器人重新配置功能并在軟硬形式之間之間自由切換，以滿足不同任務(wù)的需要，”趙先生說，這就使得磁性軟體機(jī)器人具有了一定的‘智能’，大大增加了它執(zhí)行任務(wù)的范圍。”

在未來，這種磁編碼技術(shù)將用于大規(guī)模制造可重復(fù)使用的磁性軟體機(jī)器人，這些機(jī)器人將會(huì)承擔(dān)環(huán)境監(jiān)測(cè)、藥物運(yùn)輸和體內(nèi)采樣等工作。

下一步，研究人員將進(jìn)一步縮小機(jī)器人的尺寸，并嘗試設(shè)計(jì)一個(gè)3D結(jié)構(gòu)，加快微型磁性軟體機(jī)器人從實(shí)驗(yàn)室走向商業(yè)應(yīng)用的步伐。