能在人体中自由移动的机器人：能屈能伸，毛细血管也不在话下

7 月 1 日消息，近日，来自欧洲高校的华人科学家提出了新的控制和性能增强策略，使得片状软体机器人在流体中能自适应环境并实现多模态运动，包括滚动、波动爬行、波动游泳和螺旋表面爬行。

这项研究发表在科学期刊《Science Advances》上，论文标题为《充满流体的密闭空间中的软体自适应多模态运动策略(Soft-bodied adaptive multimodal locomotion strategies in fluid-filled confined spaces)》。

一、现有的微型机器人不能自适应环境来行进

为了在充满流动性液体的狭窄空间中顺利的移动，软体机器人必须产生足够的推力来克服流体的阻力和与边界的摩擦力。传统刚性设计的磁体微型机器人能够实现移动但是缺乏适应性环境的变化，并且在与生物软组织接触时可能会有安全问题。

另一种解决方案是将机器人的尺寸缩小到空间横截面尺寸以下，然后通过利用壁效应(wall effects)来最小化流体阻力，可是该方案不利于在细小血管(例如毛细血管)中运动。

最新的一种解决方法是利用柔性软体材料来构建机器人的主体，使其能够被动的在流体空间中运动，但目前尚未能证明该方案能够保证主动运动的机动性。

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也是科学家关注的重点之一，根据不同的环境场景，片状软体机器人在程序控制下，能够选择最佳的运动模式。在远大于片状软体机器人尺寸的空间中，机器人可以通过卷曲成圆形来实现滚动。

在较小的空间中，机器人可以进行基于身体状态波动前行，实现爬行或游泳提高运动速度。

在圆柱管的空间内，机器人可以实现沿着空间螺旋面爬行，这可以帮助它抵消空间内流体的阻力，顺利前往目标地点。

三、频率驱动和体态控制赋予了片状软体机器人高机动性

除去被动的在空间随流体移动，微型机器人更需要主动移动的能力。当机器人以不同的驱动频率放置在不同的流体粘度中时，它会受到不同的摩擦力和流体动力。通过改变磁驱动频率对机器人体态起伏和推进方向来提供不同的动能。当驱动频率为 1 Hz 时，片状机器人执行波动爬行，片状机器人在驱动频率为 10 Hz 时进行波浪式游泳，这为片状软体机器人提供了不同的运动方案。

微型机器人在运动过程中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候，可以将自身姿态卷曲起来贴近螺旋面。该姿态的好处是不回阻塞管道，因此流体仍旧能够通过。再此姿态下，机器人能够通过动态对齐来旋转方向，从而实现逆流体移动。

结论：片状软体机器人有广阔的医学应用前景

人类的身体的内部空间充满了停滞的(例如，粘液)或流动的(例如，血液)生物体液，这对微型机器人的运动是极大的阻碍。

该片状软体机器人能够自适应环境，通过不同运动模式在密闭流体空间中顺利移动，为微型机器人在密闭空间运动模式发展提出了新的思路。

片状软体机器人可以在微创下，安全的在狭窄的流体区域中运动，并且能够进入到危险的或者难以进入的身体部位，在未来的医学运用中具有巨大的潜力。例如在靶向输送、细胞移植、内窥镜移动方式和微创手术中运用此技术，可以减少患者的生理痛苦，造福更多患者。