可以改变形状的亚毫米小型软机器。信用:马克斯·普朗克学会来自马克斯·普朗克智能系统研究所(MPI-IS)的一组科学家开发了一个系统，他们可以用这个系统一个接一个地制造微型机器人，这些机器人完全按照要求运行。就像乐高系统一样，科学家可以随机组合单个组件。构建块或体素——可以描述为3D像素——由不同的材料制成:从支撑结构的基本矩阵材料到能够控制软机器的磁性组件。“你可以用任何你希望的方式把独立的软部分组合在一起，对你能取得的成就没有限制。这样，每个机器人都有各自的磁化曲线，”张佳辰说。他与任和一起，是题为“通过多材料异质组装的体素相关三维微型磁性软机器”的论文的第一作者这篇论文发表在2021年4月28日的《科学机器人学》上。
该项目是MPI-IS物理智能部门先前开展的许多项目的结果。多年来，那里的科学家一直致力于小型无线医疗设备应用的磁控机器人，从毫米到微米。虽然他们迄今为止开发的最先进的设计吸引了全世界的关注，但它们受到制造它们的单一材料的限制，这限制了它们的功能。
异质组装方法制造具有复杂刚度分布和可逆形状变形的花状软机器。它的三片花瓣在较低的磁场强度下先开放，其余三片花瓣随着磁场强度的增加而延迟开放。荣誉:马克斯·普朗克学会/图像-3/使用异构装配平台制造的变形微型机器人的插图。由多种材料制成的体素被自由地集成在一起，以创建具有任意3D几何形状和磁化轮廓的机器人。信用:马克斯·普朗克学会“当建造软体微型机器人时，我们有许多不同的、通常是复杂的设计。由于它们的尺寸小，可用的制造能力非常有限，这带来了重大挑战。多年来，研究人员一直试图开发一种创新的制造平台，为科学家提供全新的能力。我们的团队现在已经成功地展示了一种新的方法，用不同的组件而不是一个组件来构建更复杂的软机器人。通过混合和匹配，我们实现了定制的功能和复杂的机器人形态。我们新的模块化建筑平台将为许多新的功能性无线机器人铺平道路，其中一些可能成为未来的微创医疗设备，”物理智能部门负责人梅廷·西蒂说，他是许多无线医疗和生物启发微型机器人的先驱。
一步制作数千个体素。就像面团被放在饼干托盘里一样，科学家们用微小的铸模来制作单个的块状物——每个块状物的长度不超过100微米。然后在显微镜下手工合成，因为将粒子组装起来的自动化过程仍然过于复杂。虽然团队在制造机器人之前集成了模拟，但他们对设计采取了反复试验的方法，直到达到完美。然而，团队最终的目标是自动化；只有到那时，如果他们将来将机器人商业化，他们才能获得规模经济。“在我们的工作中，自动化制造将成为重中之重，”张佳辰说。“至于我们今天所做的机器人设计，我们依靠的是我们的直觉，这种直觉是基于与不同材料和软机器人合作的丰富经验。”信用:马克斯·普朗克学会“我们已经看到仅使用一种材料的体素的3D打印或模铸。这就限制了它的功能——一种材料只能做这么多事情，”任说。“如果你想要像我们一样的更多功能和独特的磁化曲线，你必须引入一整套不同的材料，例如混合各种非磁性和磁性材料。
“以前，由于与机器人几何形状的强耦合，每个机器人的磁化曲线仅限于特定的模式。现在，我们已经创建了一个平台，可以实现灵活的磁化曲线。我们可以通过将多个磁性部件自由集成在一个系统中来做到这一点，”张佳辰补充道。
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