7 月 1 日消息，近日，來自歐洲高校的華人科學家提出了新的控制和性能增強策略，使得片狀軟體機器人在流體中能自適應環(huán)境并實現(xiàn)多模態(tài)運動，包括滾動、波動爬行、波動游泳和螺旋表面爬行。

這項研究發(fā)表在科學期刊《Science Advances》上，論文標題為《充滿流體的密閉空間中的軟體自適應多模態(tài)運動策略(Soft-bodied adaptive multimodal locomotion strategies in fluid-filled confined spaces)》。

一、現(xiàn)有的微型機器人不能自適應環(huán)境來行進

為了在充滿流動性液體的狹窄空間中順利的移動，軟體機器人必須產生足夠的推力來克服流體的阻力和與邊界的摩擦力。傳統(tǒng)剛性設計的磁體微型機器人能夠實現(xiàn)移動但是缺乏適應性環(huán)境的變化，并且在與生物軟組織接觸時可能會有安全問題。

另一種解決方案是將機器人的尺寸縮小到空間橫截面尺寸以下，然后通過利用壁效應(wall effects)來最小化流體阻力，可是該方案不利于在細小血管(例如毛細血管)中運動。

最新的一種解決方法是利用柔性軟體材料來構建機器人的主體，使其能夠被動的在流體空間中運動，但目前尚未能證明該方案能夠保證主動運動的機動性。

二、華人科學家為片狀軟體機器人設計了多種運動模式

微型機器人的運動效率也是科學家關注的重點之一，根據不同的環(huán)境場景，片狀軟體機器人在程序控制下，能夠選擇最佳的運動模式。在遠大于片狀軟體機器人尺寸的空間中，機器人可以通過卷曲成圓形來實現(xiàn)滾動。

在較小的空間中，機器人可以進行基于身體狀態(tài)波動前行，實現(xiàn)爬行或游泳提高運動速度。

在圓柱管的空間內，機器人可以實現(xiàn)沿著空間螺旋面爬行，這可以幫助它抵消空間內流體的阻力，順利前往目標地點。

三、頻率驅動和體態(tài)控制賦予了片狀軟體機器人高機動性

除去被動的在空間隨流體移動，微型機器人更需要主動移動的能力。當機器人以不同的驅動頻率放置在不同的流體粘度中時，它會受到不同的摩擦力和流體動力。通過改變磁驅動頻率對機器人體態(tài)起伏和推進方向來提供不同的動能。當驅動頻率為 1 Hz 時，片狀機器人執(zhí)行波動爬行，片狀機器人在驅動頻率為 10 Hz 時進行波浪式游泳，這為片狀軟體機器人提供了不同的運動方案。

微型機器人在運動過程中會遇到不同的路徑狀態(tài)，及時調整姿態(tài)可以改變其運動模式。例如當微型機器人在充滿液體的圓柱管內移動時候，可以將自身姿態(tài)卷曲起來貼近螺旋面。該姿態(tài)的好處是不回阻塞管道，因此流體仍舊能夠通過。再此姿態(tài)下，機器人能夠通過動態(tài)對齊來旋轉方向，從而實現(xiàn)逆流體移動。

結論：片狀軟體機器人有廣闊的醫(yī)學應用前景

人類的身體的內部空間充滿了停滯的(例如，粘液)或流動的(例如，血液)生物體液，這對微型機器人的運動是極大的阻礙。

該片狀軟體機器人能夠自適應環(huán)境，通過不同運動模式在密閉流體空間中順利移動，為微型機器人在密閉空間運動模式發(fā)展提出了新的思路。

片狀軟體機器人可以在微創(chuàng)下，安全的在狹窄的流體區(qū)域中運動，并且能夠進入到危險的或者難以進入的身體部位，在未來的醫(yī)學運用中具有巨大的潛力。例如在靶向輸送、細胞移植、內窺鏡移動方式和微創(chuàng)手術中運用此技術，可以減少患者的生理痛苦，造福更多患者。