也許不久的將來，生病的小伙伴可以吞下一個攜帶藥物的機(jī)器人直達(dá)患處，將藥物精準(zhǔn)的釋放到靶向組織上。這將大大降低藥物的用量，減小毒副作用并加快疾病的康復(fù)過程。這并不是遙遠(yuǎn)的理想，在蘇黎世理工和洛桑理工研究人員的努力下，也許這樣的機(jī)器人將很快來到你我身邊。研究人員受到了細(xì)菌外形和運(yùn)動形式的啟發(fā)，設(shè)計(jì)出了一款智能、高度靈活并且具有生物兼容性的新型微型機(jī)器人。小小的細(xì)菌可以適應(yīng)不同的物理化學(xué)環(huán)境，充滿可塑性的結(jié)構(gòu)可以幫助它們在復(fù)雜變化的環(huán)境中自由移動。

穿過復(fù)雜的結(jié)構(gòu)

穿過狹窄的結(jié)構(gòu)

這樣神奇的結(jié)構(gòu)為科學(xué)家構(gòu)建微型自動化設(shè)備提供了新的思路。這個微小的機(jī)器人可以再液體中流動，并可以隨著環(huán)境的變化改變身形。這意味著它們可以在體內(nèi)的大多數(shù)通道中穿行，可以進(jìn)入狹窄的靜脈和錯綜復(fù)雜的內(nèi)分泌系統(tǒng)而無需在速度和可操作性上做出妥協(xié)，機(jī)器人在復(fù)雜的環(huán)境中從容地穿行。

這種機(jī)器人由含有磁性納米顆粒的水凝納米復(fù)合材料制成，這使得人們可以方便地通過電磁場控制它們的運(yùn)動和位姿。機(jī)器人可以在程序的控制下通過粘稠的液體，或者以較高的速度在流體中運(yùn)動。研究人員利用線圈和變換的電流創(chuàng)造了一個可操控方向和強(qiáng)度的三維磁場：

在磁場的控制下機(jī)器人可以按照不同的方向運(yùn)動：

制備機(jī)器人的過程與我們想象的有很大的不同，這里的機(jī)器人沒有電機(jī)和機(jī)械結(jié)構(gòu)，而是使用光刻的方法制備成特殊的結(jié)構(gòu)的。首先設(shè)計(jì)好需要的結(jié)構(gòu)，并將這些結(jié)構(gòu)攤開成平面結(jié)構(gòu)；隨后利用掩膜板和光刻方法將先前設(shè)計(jì)好的平面結(jié)構(gòu)在含有磁性納米顆粒的水凝膠復(fù)合物中制備出來。最后將這些平面聚合物進(jìn)行折疊就能得到設(shè)計(jì)好的三維結(jié)構(gòu)。可以看到不同的掩膜可以制備出不同形狀的結(jié)構(gòu)。

在厚度方向磁性納米粒子呈現(xiàn)非均分布，并生成了兩層膨脹率不同的水凝膠層，不同的膨脹率使得制備過程呈現(xiàn)出子折疊的現(xiàn)象，折疊的曲率與磁性納米顆粒的含量相關(guān)。在樣本紙本過程中只需要將其放置在均勻磁場中即可將其中的納米粒子極化，折疊軸和各向異性的磁場將相互耦合共同影響微型機(jī)器人的形態(tài)和運(yùn)動。研究人員主要基于帶鞭毛的桿菌、螺旋桿菌和螺旋體三類微生物的構(gòu)造制造出了不同構(gòu)型的機(jī)器人。在自然條件下，細(xì)菌一般通過旋轉(zhuǎn)尾部的鞭毛或者本體來實(shí)現(xiàn)移動。可以用下面的模型來描述細(xì)菌的運(yùn)動過程：

研究人員利用了與長軸垂直的變換磁場來驅(qū)動微型機(jī)器人模擬這種運(yùn)動。

在流體中運(yùn)動時，不同的黏度對于機(jī)器人的影響各不相同。研究人員發(fā)現(xiàn)，對于比較稀的液體長的機(jī)器人移動速度較快，而對于比較粘稠的液體越小的機(jī)器人受到的阻力越小因而速度也越快。

不同黏度中使用了不同的運(yùn)動步態(tài)：

此外，為了控制不同流體中機(jī)器人運(yùn)動的步態(tài)，使用了與微型結(jié)構(gòu)長軸有夾角的磁場來控制機(jī)器人旋轉(zhuǎn)前行的幅度和步態(tài)。這使得機(jī)器人可以在不同的運(yùn)動空間和黏度的流體中順暢的運(yùn)動。

還能綜合利用結(jié)構(gòu)和流體力學(xué)的共同作用，適應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)順暢穿行。

能屈能伸，可進(jìn)可退。這種新型的機(jī)器人在復(fù)雜的體內(nèi)環(huán)境中可以為醫(yī)學(xué)研究和治療帶來諸多的益處。也許在未來，這種微型機(jī)器人會發(fā)展出被人體直接吸收的無毒無害材料制作，生病真的不用愁了。生病了，吃幾個小機(jī)器人直接把藥送到體內(nèi)需要的地方。