MPI-IS科学家团队开发出微型磁性软体机器人 可像乐高一样任意组装

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马克斯-普朗克智能系统研究所(MPI-IS)的一个科学家团队已经开发出一个系统,他们可以用这个系统逐块制造微型机器人,这些机器人完全按照要求运作。

MPI-IS科学家团队开发出微型磁性软体机器人 可像乐高一样任意组装

就像使用乐高系统一样,科学家们可以随机地组合各个部件。这些积木或体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体机器的磁性部件。"你可以以任何方式将各个软体部分组合在一起,对你能实现的东西没有任何限制。通过这种方式,每个机器人都有一个独立的磁化轮廓。"张家振说。他与任子瑜和胡文琪一起是题为 "通过多材料异质组装的体素化三维微型磁性软体机器 "论文的第一作者。该论文于2021年4月28日发表在《科学机器人》上。


该项目是MPI-IS的物理智能部门以前进行的许多项目的结果。多年来,那里的科学家们一直在研究用于无线医疗设备应用的小规模的磁控机器人,从毫米到微米大小。虽然他们迄今为止所开发的最先进的设计吸引了全世界的关注,但由于其制作材料单一,限制了其功能。

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异质组装方法制造了一个具有复杂刚度分布和可逆形状变形的花形软体机器。它的三个花瓣在较低的磁场强度下首先绽放,其余三个花瓣随着磁场强度的增加而随后绽放。

"在建造软体微型机器人时,我们有许多不同的、往往是复杂的设计。由于它们体积小,可用的制造能力非常有限,这构成了一个重大挑战。多年来,研究人员一直在努力开发一个创新的制造平台,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,可以用不同的部件而不是仅仅用一个部件来构建更为复杂的软体机器人。通过混合和匹配,我们可以实现量身定制的功能和复杂的机器人形态。我们新的模块化构建平台将为许多新的功能性无线机器人铺平道路,其中一些有可能成为未来的微创医疗设备。"Metin Sitti说,他领导物理智能部门,并开创了许多无线医疗和生物启发的微型机器人。

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数以千计的体素在一个步骤中被制造出来。就像面团在饼干盘中的分布一样,科学家们使用微小的模具来创造单独的块状物--每个块状物的长度不超过大约100微米。然后在显微镜下手动进行组成,因为将颗粒放在一起的自动化过程仍然过于复杂。虽然该团队在建造机器人之前整合了模拟,但他们在设计中采取了试错的方法,直到他们达到完美。然而,最终,该团队的目标是自动化,只有这样,如果他们在未来将机器人商业化,他们才能收获规模经济。


Jiachen Zhang说:"在我们的工作中,自动化制造将成为一个高度优先事项,至于我们今天做的机器人设计,我们依靠的是基于不同材料和软体机器人的丰富工作经验的直觉。" 

任子瑜说:"我们已经看到只有一种材料的体素的3D打印或模具铸造。这限制了功能--一种材料只能做这么多事情。如果你像我们一样想要更多的功能和独特的磁化曲线,你必须引入一整套不同的材料,例如通过混合各种非磁性和磁性材料。”


以前,由于与机器人的几何形状有很强的耦合性,每个机器人的磁化曲线被限制在某些模式中。现在,我们已经创建了一个平台,可以实现灵活的磁化曲线。我们可以通过在一个系统中自由地将多个磁性部件整合在一起来实现。



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