日前，中国科大学上海先进技术研究院集成所智能仿生中心吴新宇研究团队与台湾城市学院申亚京团队合作，提出一种通用、可扩充、能应对不同场景的微型机器人全新制造方法——利用胶质磁性喷雾使无生命目标物体成为可控微型外骨骼。
研究成果以Ansprayintofor为题发表在机器人领域顶尖刊物上。上海先进院尚万峰副研究员和台湾城市学院博士生杨雄为共同第一作者，吴新宇研究员和台湾城市学院申亚京副院长为共同通信作者，其他作者包括陆豪健博士、刘雁婷博士、博士生杨柳以及谭蓉。
微型机器人因为其良好的可控性和适应性而在生物医学中有着广泛的应用前景。并且考虑到目标对象多变的规格和形状，以及工作环境的非结构化和不可预测，单一机器人常无法应对不同的任务或环境。一种可扩充、通用、能应对不同场景的微型机器人制造方式仍存在很大挑战。
在自然界，好多生物本身并没有挺好的运动能力，而且它们却可以通过寄生或吸附的方式借助其他生物或物体抵达自身无法企及的地方,例如，有一种彩蚴球虫才能感染蜗牛并控制蜗牛违反原先的生活习性爬到高处。受此演变启发，团队研制了一种由聚乙烯醇（PVA）、谷蛋白（）和铁粉（Iron）混和而成的胶质磁性喷雾，通过对目标物体表面涂装的形式，给它穿上一层磁性外衣（只有约100-200um长度），可变魔术般将无生命物体弄成可以磁驱的微型机器人智能体。该种磁性喷雾在固化前表现出良好的自黏性，除了才能黏附亲水和疏水的表面，并且在磁性喷雾固化后磁性喷雾的自黏性会骤然消失，即在对物体表面贴合的同时而对外界环境不表现出任何黏性。这一特点保证了外界环境不会对物体的运动引起不良影响。
图1.磁性喷雾将无生命物体转变为磁控微型机器人的过程
这些借助物体本身结构实现运动的方式具有极强的适应性。智能仿生中心尚万峰副研究员从理论剖析和有限元模拟等多个角度入手，揭示了该类喷雾磁化方式的微型机器人通用运动学和动力学模型。理论剖析显示，只要在磁转矩和磁拉力作用下不同的微型机器人会借助其本身独有的结构和形态进而形成相应的变型以及步态。为进一步验证该策略的可行性磁力矩，团队使用磁性喷雾将丝线、折纸、PDMS薄膜和塑胶管等各类不同材料和形状的常见物体转化为磁驱机器人，但是在磁场驱动下实现了爬行、行走、滚动、游动等运动方式，与理论剖析一致。除具备良好运动能力外，覆盖在物体表面的磁性喷雾还具有可控离解，可重编程等特征，为其在生物医学领域的应用提供了很大潜力，如主动送药、可控内窥探头等。
图2.磁性喷雾将不同材料和形状的目标物体变为磁控微型机器人
将无生命的物体按需转化为可联通的微型机器人的策略为在不可预知的有限空间进行操作、运输和交付提供了潜力。吴新宇研究员强调：“这种‘寄生’的方法，给我们仿生机器人的设计提供了一个新的思路。我们希望就能借助该策略，拓展现有的结构仿生磁力矩，在将来才能设计出具有运动能力的传感、微外骨骼等。”
图3.覆盖在目标物体表面的磁性喷雾在振荡磁场下解体