Nature|两位中国籍学者以折纸为灵感，研发出可执行不同动作的微型机器人

折纸相信大家都不会陌生，小时候都会经常折纸飞机，千纸鹤等小玩意儿。一张小小的纸，折叠几下，就可以变成许多栩栩如生的东西，可谓是童年的一大乐趣。就像下面这样：

而在Paul ScherrerInstitute PSI和ETH Zurich工作的两个中国籍研究人员田云煌和崔继斋却由此触发了灵感，他们认为现在的机器人太过于笨重，坚信机器人一定会越来越小。他们研究出了可以执行不同动作的微型机器人，他们对这个微型机器人部件中的纳米磁铁进行磁性编程，然后由磁场控制它进行各种运动。这种机器人只有几十微米宽，可以通过它们在人体内进行细微的操作，研究人员现在已经在科学杂志《自然》上发表了他们的研究结果。

（劳拉·海德曼（左）和田云煌（中）看着一只折纸鸟的模型，崔继斋则在显微镜下观察微型机器人   图源：保罗·舍尔研究所/马希尔·扎贝戈维奇）

这个机器人的尺寸仅为几微米，让人想起折纸艺术。但是，与纸质结构不同，它可以在肉眼看不见的情况下，像依靠魔术一般运动。它拍打翅膀或弯曲脖子并缩回头部。而使完成这些动作的魔术师就是“磁性”。

这个微型机器人的制作原理简单概括一下便是研究人员用包含小型纳米磁铁的材料组装了这个微型机器人。之后对这些纳米磁铁进行编程，使其呈现特定的方向。然后，将编程完成的纳米磁铁暴露在磁场中时，特定的力就会作用在它们上。如果这些磁体位于柔性组件中，则作用在它们上面的力会导致组件移动。

纳米磁体程序设计

使用纳米磁铁的好处就是它可以一次又一次地重复性编程。这种重新编程会产生不同的力，并产生新的运动。为了制造这个微型机器人，研究人员在氮化硅薄板上制造了钴磁铁阵列。用这种材料制成的微型机器鸟可以执行各种动作，例如拍打，盘旋，转身或侧滑。PSI多尺度材料实验实验室负责人，苏黎世联邦理工学院材料系介观系统教授Laura Heyderman说：”对纳米磁铁的编程只需要几纳秒。这使得通过依次编程来使机器人完成不同的运动成为可能，这种微型小鸟可以先拍打翅膀，然后滑到一边，然后再拍打。如果需要，这只鸟也可以在两者之间盘旋。”

（视频显示了只有几十微米宽的微型鸟类机器人的运动。左上方的图通过用不同的颜色来表示每个组件上的纳米磁铁的排列方式可以进行不同地磁化。下面显示了如何将每个面板分别被磁化（红色箭头）。图片右下角显示实际的拍动动作。）

智能微型机器人

这款机器人使得微型纳米机器人的研究又向前迈进了一步。微型和纳米机器人不仅可以存储信息以提供特定的动作，还可以重新编程以执行不同的任务。苏黎世以太集团机械与工艺工程部门主管布拉德利·纳尔逊说：”可以想象在未来，一台自主的微型机器将在人体血管中游走，并执行诸如杀死癌细胞等生物医学任务。” 苏黎世联邦理工大学的机器人和智能系统研究所的研究员田云煌说：“运用在其他应用领域也不是不可能的，例如用在柔性微电子或改变其光学特性的微透镜等。”

另外，研究员认为应用在表面特性改变方向也是可能的。介观系统实验室的工程师兼研究员崔继斋说：“例如，它们可以用于制造类似于被水润湿或排斥水的表面。”

END

招聘内容编辑