微型機(jī)器人的應(yīng)用潛力十分廣闊，可以用在醫(yī)療健康、環(huán)境監(jiān)測(cè)和微電子等領(lǐng)域。與光、電、熱、和化學(xué)等驅(qū)動(dòng)的微型機(jī)器人相比，磁控微型機(jī)器人具有無(wú)線操控和快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。
目前磁控機(jī)器人往往是磁彈性材料（如含磁顆粒的水凝膠和硅橡膠等）或者磁性液態(tài)材料（如磁流體和磁流變液等）組成。
磁彈性機(jī)器人實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)以及承受較高的負(fù)載，卻由于無(wú)法改變結(jié)構(gòu)而無(wú)法被重新塑形；磁控液態(tài)機(jī)器人可以靈活變形，卻具有較差的負(fù)載和運(yùn)動(dòng)能力。因此，開(kāi)發(fā)一種同時(shí)具有高強(qiáng)度和形態(tài)適應(yīng)性的新材料來(lái)制造磁控微型機(jī)器人具有重要意義。
最近，中山大學(xué)深圳生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授蔣樂(lè)倫團(tuán)隊(duì)展示了一類(lèi)磁控固液相變材料，該類(lèi)材料具有高機(jī)械強(qiáng)度，其抗拉強(qiáng)度為21.2MPa、抗壓強(qiáng)度為18.8MPa、剛度為1.98GPa。
其同時(shí)具備高負(fù)載的能力，可負(fù)載自身重量一萬(wàn)倍的重物；并擁有多模式快速運(yùn)動(dòng)能力，跳躍高度可達(dá)體長(zhǎng)的20倍，移動(dòng)速度高達(dá)1.5米每秒，旋轉(zhuǎn)高達(dá)1500轉(zhuǎn)每分鐘。此外，它還具有出色的形態(tài)適應(yīng)性，包括拉長(zhǎng)、分裂和融合等。
為說(shuō)明這類(lèi)材料的獨(dú)特功能，該團(tuán)隊(duì)讓其作為智能焊料來(lái)驗(yàn)證應(yīng)用能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它可以修復(fù)電路和焊接電子元件；還可以變形為萬(wàn)能螺釘，在密閉空間中組裝零件；并能作為磁控機(jī)器人用于給藥或者清除異物等。
?。▉?lái)源：Matter）
概括來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)工作提出了一種新穎的磁控固液相變材料，拓展了磁控微型機(jī)器人的多功能應(yīng)用。磁控固液相變材料新概念的提出，也將促進(jìn)柔性電子和機(jī)器人等領(lǐng)域的發(fā)展。
這種磁控固液相變材料具有在密閉空間中電路修復(fù)、零部件組裝等工業(yè)應(yīng)用型功能。同時(shí)，它具有良好的生物相容性，在無(wú)線磁場(chǎng)的控制之下，微型磁控固液相變機(jī)器人可以進(jìn)入人體內(nèi)，從而完成多種任務(wù)包括靶向藥物運(yùn)送、異物清除等。因此，磁控固液相變材料在醫(yī)療、電子和機(jī)器人等領(lǐng)域的具有較好的應(yīng)用前景。
據(jù)介紹，多年來(lái)該團(tuán)隊(duì)在磁控機(jī)器人和制動(dòng)器領(lǐng)域做了不少工作。課題組平時(shí)非常喜歡科幻電影，對(duì)于《終結(jié)者》《X-戰(zhàn)警》等電影非常感興趣。
經(jīng)典科幻電影《終結(jié)者2》里的“T-1000”液態(tài)金屬機(jī)器人具有快速的固-液切換和變形能力；《X-戰(zhàn)警》中萬(wàn)磁王可遠(yuǎn)程無(wú)線操控萬(wàn)物。
研究中，蔣樂(lè)倫在和論文一作王清源在討論課題時(shí)心想，能否將當(dāng)前熱點(diǎn)材料液態(tài)金屬引入磁控技術(shù)，開(kāi)發(fā)磁控固液相變材料和機(jī)器人。
不斷深入思考之后，他們又提出：能否參考海參可以改變自身剛度的特性，來(lái)調(diào)整磁性液態(tài)金屬材料的剛度，從而集合固態(tài)的高剛度特性和液態(tài)的形態(tài)適應(yīng)性。經(jīng)過(guò)預(yù)驗(yàn)證之后，研究課題得以確定，并研制出了這種磁控固態(tài)-液態(tài)相變材料。
“同時(shí)我們聯(lián)系了液態(tài)金屬和軟體機(jī)器人專(zhuān)家——卡內(nèi)基梅隆大學(xué)CarmelMajidi教授、以及浙江大學(xué)的潘程楓研究員。和他們討論并優(yōu)化了磁控固液相變材料的配方、實(shí)驗(yàn)方案以及論文構(gòu)思，借此讓這項(xiàng)工作得以?xún)?yōu)化。”該團(tuán)隊(duì)表示。
據(jù)介紹，蔣樂(lè)倫團(tuán)隊(duì)與潘程楓交流課題時(shí)，曾思考如何形象地展示磁控固態(tài)-液態(tài)相變材料的獨(dú)有特性，以讓讀者更加容易接受和理解。
潘程楓提出可以借鑒《終結(jié)者》電影中液態(tài)金屬機(jī)器人液化越獄的橋段來(lái)設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)。最終，這個(gè)實(shí)驗(yàn)視頻也成為整個(gè)課題里最亮眼的表述，并獲得了廣大讀者的認(rèn)可。
動(dòng)圖|實(shí)驗(yàn)視頻的片段之一（來(lái)源：Matter）
近日，相關(guān)論文以《磁活性液-固相變物質(zhì)》（Magnetoactiveliquid-solidphasetransitionalmatter）為題發(fā)在Matter上[1]。
圖|相關(guān)論文（來(lái)源：Matter）
王清源是第一作者，浙江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院研究員潘程楓是共同作者，中山大學(xué)深圳生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授蔣樂(lè)倫、以及卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)械工程軟機(jī)器實(shí)驗(yàn)室卡梅爾·馬吉迪（CarmelMajidi）擔(dān)任共同通訊作者。
圖|蔣樂(lè)倫（來(lái)源：蔣樂(lè)倫）
未來(lái)，他們將繼續(xù)推進(jìn)磁控固液相變機(jī)器人等工作，特別是在應(yīng)用方面將進(jìn)行更深入的研究，比如結(jié)合CT影像導(dǎo)航技術(shù)，推進(jìn)磁控固液相變微納機(jī)器人集群在靶向控釋藥物等方面的應(yīng)用。
