近年來，具有多模態運動能力的磁性軟體機器人在難以到達的空間中的目標操控任務中展現出顯著潛力。要實現機器人與目標之間的操控，需要一種非破壞性且易于切換的交互方式，并具有廣泛的適用性，使得能夠應對多樣化的目標。然而，在目標與機器人系統之間建立多功能且動態的交互關系仍然是一個重大挑戰。

近日，上海交通大學馬卓晨、韓冰副教授，王賀升教授與吉林大學張永來教授團隊聯合在Advanced Materials期刊上發表了題為“Magnetically Switchable Adhesive Millirobots for Universal Manipulation in both Air and Water”的研究論文，第一作者為上海交通大學自動化系在讀博士生張志昂。團隊借助雙光子光刻輔助模塑技術，設計并開發了可按需切換粘附狀態的磁軟體機器人，在兩棲環境實現了對多類型目標的精密操控，為多場景下目標操控的軟體機器人開發邁出關鍵一步。

研究亮點：

1.開發磁性軟體雙折返微陣列: 兩棲粘附無壓力

該團隊采用雙光子光刻輔助模塑法（TPLAM），創新性地開發了磁響應的雙折返微陣列（DRMA）。得益于雙光子光刻的高空間分辨率，獲得的DRMA具有高度精細的三維結構與平整表面，可在干燥環境下與目標產生可靠和可控的粘附力。進一步引入側面拒液微結構使得DRMA即使在水下也可以產生強大的可切換粘附力。

圖1 磁性軟體雙折返微陣列的形貌

2.粘附微陣列無縫集成: 實現可控粘附與脫附

傳統軟體機器人常用“包裹式夾持”或“化學膠水”。包裹法適用于有限尺寸目標，但通用性差；膠水法雖能應對多種目標，但釋放過程慢。該研究將可切換粘附微陣列無縫集成至軟體機器人上，可以實現對任意形狀的目標（0D、1D、2D 和 3D）的高效拾取和釋放。界面的相互作用由范德華力主導，因此可對多種材質的表面產生有效粘附(金屬,聚合物,玻璃等)。除固體目標外，DRMA還可以實現對微量液滴的無損粘附與釋放。有效拓展操作目標的類型和場景，極大提升了機器人的通用性。

圖2.磁場控制的粘附與脫附

3.機器人多模態運動控制：輕松應對復雜任務

研究人員進一步開發了具備滾動、振動、蹣跚前行等多種運動模態的磁軟體機器人。借助DRMA，機器人無需復雜夾持，僅通過與目標的界面接觸，便可在兩棲環境中執行各種任務。作為概念驗證，論文展示了軟體機器人執行復雜任務的能力，包括封閉空間短路維修、水下微型渦輪機的組裝和高速驅動。

圖3. 水下微型渦輪的高速驅動

結語：相比傳統目標操作的軟體機器人，本研究提出的兩棲粘附軟體機器人具有更強的目標適應性, 更快的響應速度, 更高操作精度與靈活性。未來，其在微電子系統、微型醫療設備、微流體控制等方面擁有廣闊應用前景。該工作為非磁性目標的磁性操控提供通用解決方案，為多功能軟體機器人的發展帶來全新范式！

論文鏈接

https://doi.org/10.1002/adma.202420045

來源：高分子科學前沿

聲明：僅代表作者個人觀點，作者水平有限，如有不科學之處，請在下方留言指正！