微型磁控机器人，能像水母在六自由度中高速旋转

最近，新加坡南洋理工大学的研究小组成功开发出最新的微型机器人。

与过去相比，新的微型机器人能够沿着三个座标轴实现平移运动和旋转运动，同时，该机器人在关键的第六个自由度（DoF）中旋转的速度较过去快 43 倍。

新型机器人的制作是将磁性微粒嵌入到具有生物相容性的聚合物中，这类「软」材料的特性，让它可以复制重要的机械特征，比如像水母一样「游泳」，或者抓握的能力，便于拾取和放置物体。

而当外部透过电脑执行「程式语言」改变磁场的强度与方向时，机器人可以执行其所需的功能。

该研究已于 2021 年 5 月发表在科学期刊 Advanced Materials 上，并作为 6 月 10 日刊物的封面。

该研究的主要作者、机械与航太工程学院的 Lum Guo Zhan 说，团队取得成就的关键在于发现了磁场「难以捉摸的」的第三个也是最后一个主向量，这对控制此类机器人至关重要。

相比之下，过去施加的磁场仅由两个主向量进行定义。

「团队透过这项研究，试图掌握具有六个自由度运动控制的微型机器人，其基本的工作原理。在充分了解这些微型机器人的物理特性，我们现在能够准确地控制它们运动。此外，我们提出的制造方法可以磁化这些机器人，以产生比其他现有设备大 51 到 297 倍的六个自由度扭矩。该项研究代表了小型机器人技术的重大进步。」Lum 说。

磁控微型机器人，有望用于医疗手术和制造业

南大团队表示，微型机器人大约只有一粒米那么大，可用在现有机器人无法进入的狭窄封闭空间，尤其在医学领域作用特别适合。

机器人的运动可以由操作人员远端控制，只需使用在电脑上执行的程式，就可以精确地改变电磁线圈系统产生的磁场强度和方向。

团队表示，未来，微型机器人还可开创一些用在大脑和「难以触及」的重要器官上新型外科手术。不过，在该机器人正式落地之前，还需要进行大量的工作和测试。

该研究的共同作者、机械与航太工程学院的博士生 Xu Changyu 和 Yang Zilin 说：「除了手术之外，该机器人在生物医学应用也有一定价值，如组装实验室晶片（ lab-on-chip）设备，透过在一个晶片上整合几个实验室化学、生物分析功能，可用于临床诊断。」

大型机器人，一种能像水母般旋转穿越障碍物

在实验中，研究小组还展示了微型机器人的灵巧和速度。

研究小组主要展示了一个受水母启发的机器人，该机器人能悬浮在水中，同时能够快速游过障碍物上的一个狭窄开口。

这项展示证明，该机器人能够在动态和不确定的环境中穿越障碍物，这可能是它们未来在生物医学领域的应用中能大有作为的地方。

为了展示精确的方向控制，该微型机器人还在其第六个自由度运动中创下记录，每秒 能有 173 度的旋转速度，这个速度超过了现有微型机器人所达到的最快旋转速度。

另外，另一个抓取机器人，科学家们能够在不到 5 分钟的时间内组装一个在两个 Y 形高跷上的桿子组成的 3D 结构，比现有的微型机器人的速度快了大约 20 倍。

研究人员说，这一概念验证表明，有朝一日机器人可能会用于建造微型设备的「微型工厂」中。

南洋理工大学的团队希望将他们的机器人做得更小，达到几百微米的规模，并最终使机器人在控制方面完全自主。