“金魚會排隊？”不知大家是否記得在多年前央視春晚的一個節目裡，青年魔術師傅琰東表演的魔術《年年有魚》讓觀眾大開眼界，4條黑金魚和2條紅金魚在魚缸中自由地游來游去。隨著魔術師一聲口令，6條金魚整齊地排隊形、齊步走、轉彎、解散，如同操練過計程車兵一般。

綜合網上各種揭秘說法，其中有一種呼聲很高：魚體內有鐵塊，魔術師是透過控制水下的磁鐵來指揮魚的運動。因此有些網友認為魔術師“虐魚”，並對他進行了一番口誅筆伐。

用磁鐵控制的金魚

這裡當然不是要討論這個魔術，而是討論一種現象：利用磁場來控制運動。這種控制方式目前已經廣泛應用於軟體機器人領域當中，而這類機器人被稱為磁控機器人。相比於有線機器人，由於磁場對生物細胞和組織無害，因此磁控機器人可以應用於生物醫學應用領域當中。

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質量僅有41mg的毫米級四足軟體微型機器人

最近，來自中科院深圳先進技術研究院的研究團隊提出了一種可以實現多種運動模式的軟體磁驅機器人。他們透過控制外部磁場的引數實現了機器人的移動、抓取和運輸微小型物體，該機器人有望應用於胃病的檢查和靶向藥物釋放治療當中。

軟體機器人在尾部進行行走和檢查示意圖

受自然界中四足動物的啟發，研究人員設計了一種新型的磁驅四足軟體機器人，它由四個“磁腿”和一個非磁性薄膜主體組成，整體由高精度的3D列印和鑄造的工藝進行製備，結構和製造的過程看起來並不是很複雜。

磁驅四足軟體機器人的製備

這樣的機器人效能如何？據研究人員介紹，透過使用不同的驅動磁場，機器人可以實現多種運動模式，例如爬行運動和滾動運動。透過將旋轉磁場和恆定強度的磁場進行疊加，會產生圓錐形磁場，而機器人在圓錐磁場下可以交替移動雙腿實現在平面上爬行，就像自然界中的四足動物一樣。

機器人在磁場中的兩種運動模式：（a）-（b） 當施加錐形磁場時，機器人可以在表面爬行；（c）-（d）當施加旋轉磁場時，機器人可以在表面滾動

自然界中貓的行走步態

機器人在磁場中行走步態

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在磁場作用下扮演“快遞小哥”

此外，研究人員透過使用錐形磁場，可以操控機器人對“貨物”進行運輸和釋放，那麼這個“快遞小哥”的業務能力如何？

改變磁場的錐角可以控制機器人的抓取和釋放

為了研究這點，研究人員搭建了實驗系統，並且把機器人放在與人體胃液環境粘度相當的矽油中進行實驗。在施加不同大小的磁場時，測量了機器人磁腿的變形角度，實驗結果表明機器人腿的變形角度隨著磁場大小的增加而增加，機器人最大移動速度可達3。9 mm/s。

實驗測試裝置示意圖

機器人的移動能力實驗測試結果

實驗表明，機器人不單可以往前走，還可以靈活地轉向，從而可以“循跡”，也就是按照所設定的S形和方形的軌跡進行移動，而這一切都歸功於研究人員對磁場引數進行精準控制。

這個機器人不光可以在平地上實現移動，而且可以上下樓，可以跨三級臺階，每級臺階高度為1 mm，可以在充滿凹槽的胃模型底部移動。

這時候多種運動模式能力的優點就發揮出來了，機器人可以跨過一些約2。2 mm高障礙物，而大於這個高度的障礙，機器人則使用自己的滾動形態實現越障~

機器人在複雜環境中的移動

機器人攀爬多級臺階

機器人在褶皺的胃模型表面運動

在證明機器人具有出色的越障能力後，研究人員透過操控機器人實現對小珠的抓取實驗。每個小珠的直徑僅為6 毫米，質量為127。3 毫克，而機器人本身的重量為41。1毫克。透過外加磁場，機器人可以抓取和運輸重量達自身三倍的物體。

機器人抓取、運輸和釋放目標的示意圖

機器人抓取、運輸和釋放目標物體

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有望應用於胃部的檢查和治療

此前，軟體機器人應用於醫療領域的潛力已經被大家所瞭解，如下面的軟體機器人可以用於去除血栓。但是它屬於有線機器人，也就是說機器人需要透過額外的導線來傳輸動力，這些導線就像牽絆，不止對機器人的運動效能有一定影響，也一定程度上限制了機器人的應用。

本文提出的這款無線磁控軟體機器人，具有爬行和滾動等多種運動模式，具有強大的移動能力、越障能力和目標運送能力。研究人員稱未來將對機器人的設計進行最佳化，以實現它更高效的運動能力和抓取能力，並且應用在人體的胃部檢查和治療當中。該論文以Multimodal Locomotion and Cargo Transportation of Magnetically Actuated Quadruped Soft Microrobots為題目發表在中國科技期刊卓越行動高起點新刊Cyborg and Bionic System（類生命系統）上。

論文地址：https：//spj。science。org/doi/10。34133/cbsystems。0004

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