摘要：近年来，具有多模态运动能力的磁性软体机器人在难以到达的空间中的目标操控任务中展现出显著潜力。要实现机器人与目标之间的操控，需要一种非破坏性且易于切换的交互方式，并具有广泛的适用性，使得能够应对多样化的目标。然而，在目标与机器人系统之间建立多功能且动态的交互关系
近年来，具有多模态运动能力的磁性软体机器人在难以到达的空间中的目标操控任务中展现出显著潜力。要实现机器人与目标之间的操控，需要一种非破坏性且易于切换的交互方式，并具有广泛的适用性，使得能够应对多样化的目标。然而，在目标与机器人系统之间建立多功能且动态的交互关系仍然是一个重大挑战。
近日，上海交通大学马卓晨、韩冰副教授，王贺升教授与吉林大学张永来教授团队联合在Advanced Materials期刊上发表了题为“Magnetically Switchable Adhesive Millirobots for Universal Manipulation in both Air and Water”的研究论文，第一作者为上海交通大学自动化系在读博士生张志昂。团队借助双光子光刻辅助模塑技术，设计并开发了可按需切换粘附状态的磁软体机器人，在两栖环境实现了对多类型目标的精密操控，为多场景下目标操控的软体机器人开发迈出关键一步。
研究亮点：
1.开发磁性软体双折返微阵列: 两栖粘附无压力
该团队采用双光子光刻辅助模塑法（TPLAM），创新性地开发了磁响应的双折返微阵列（DRMA）。得益于双光子光刻的高空间分辨率，获得的DRMA具有高度精细的三维结构与平整表面，可在干燥环境下与目标产生可靠和可控的粘附力。进一步引入侧面拒液微结构使得DRMA即使在水下也可以产生强大的可切换粘附力。
图1 磁性软体双折返微阵列的形貌
2.粘附微阵列无缝集成: 实现可控粘附与脱附
传统软体机器人常用“包裹式夹持”或“化学胶水”。包裹法适用于有限尺寸目标，但通用性差；胶水法虽能应对多种目标，但释放过程慢。该研究将可切换粘附微阵列无缝集成至软体机器人上，可以实现对任意形状的目标（0D、1D、2D 和 3D）的高效拾取和释放。界面的相互作用由范德华力主导，因此可对多种材质的表面产生有效粘附(金属,聚合物,玻璃等)。除固体目标外，DRMA还可以实现对微量液滴的无损粘附与释放。有效拓展操作目标的类型和场景，极大提升了机器人的通用性。
图2.磁场控制的粘附与脱附
3.机器人多模态运动控制：轻松应对复杂任务
研究人员进一步开发了具备滚动、振动、蹒跚前行等多种运动模态的磁软体机器人。借助DRMA，机器人无需复杂夹持，仅通过与目标的界面接触，便可在两栖环境中执行各种任务。作为概念验证，论文展示了软体机器人执行复杂任务的能力，包括封闭空间短路维修、水下微型涡轮机的组装和高速驱动。
图3. 水下微型涡轮的高速驱动
结语：相比传统目标操作的软体机器人，本研究提出的两栖粘附软体机器人具有更强的目标适应性, 更快的响应速度, 更高操作精度与灵活性。未来，其在微电子系统、微型医疗设备、微流体控制等方面拥有广阔应用前景。该工作为非磁性目标的磁性操控提供通用解决方案，为多功能软体机器人的发展带来全新范式！
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来源：小玉科技每日一讲