一种微型、柔软且灵活的机器人能够爬过地震废墟寻找被困者，或在人体内穿梭递送药物，这听起来像是科幻小说。据外媒报道，宾夕法尼亚州立大学（Penn State）研究团队通过将柔性电子与磁控运动结合，开创了这种适应性强的机器人。

图片来源：Penn State

与传统的刚性机器人不同，软体机器人由柔性材料制成，能够模仿生物体的运动。这种灵活性使其非常适合在狭窄空间（如灾区的废墟或人体的复杂通路）中导航。然而，宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学副教授Huanyu "Larry" Cheng表示，将传感器和电子设备集成到这些柔性系统中一直是一个重大挑战。

Cheng在发表在期刊《Nano-Micro Letters》上的研究论文中表示：“最大的挑战是如何让它变得智能。在大多数应用中，软体机器人都是单向通信系统，意味着它们依赖外部控制才能在复杂环境中航行。我们的目标是集成智能传感器，使这些机器人能够与周围环境互动，并在最少人力干预下运行。”

使这些机器人变得更智能的关键在于柔性电子元件的集成。Cheng表示：“我们希望设计一种软体机器人与柔性电子技术完美结合的系统。但传统电子元件是刚性的，这使得集成变得困难。我们的解决方案是将电子元件分布在机器人结构中，以保持机器人的柔韧性，同时保持强大的性能。”

Cheng及其团队拍摄了机器人行动的视频，捕捉了它们爬行和卷成球滚动以沿着简单路径移动的动态行为。这些机器人通过其柔性结构中嵌入的硬磁性材料移动，这使得机器人能够对外部磁场做出可预测的反应。

通过调整磁场的强度和方向，研究人员可以控制机器人的运动，例如弯曲、扭曲或爬行，而无需机载电源或电线等物理连接。

开发这项技术的一个主要障碍是如何防止柔性电子元件阻碍机器人的运动。Cheng表示：“尽管我们将电子元件设计成柔性的，但它们的刚性仍然比软体机器人材料高几百到几千倍。为了克服这一点，我们将电子元件分布在整个结构中，减少它们对运动的影响。”

另一个挑战是阻止不必要的电气干扰，这种干扰会破坏电子设备或系统的正常工作。这种干扰来自外部，如其他电子设备或无线信号。这种干扰会阻碍运动并影响传感器性能。

Cheng指出：“磁场对于控制运动至关重要，但它们也可能干扰电子信号。我们必须精心设计电子布局，以尽量减少这些相互作用，确保传感器即使在强磁场下也能正常工作。”

在将磁干扰最小化后，这些机器人可以通过电磁场或手持磁铁进行远程控制，这就限制了它们所需的人工干预。此外，集成的传感器使它们能够自主地对环境线索做出反应。例如，在搜索和救援中，它们可以通过检测热量或障碍物在瓦砾中穿行。在医疗应用中，它们可以对pH值变化或压力做出反应，确保精确的药物输送或准确的样本收集。

Cheng解释道：“借助集成传感器，这些机器人可以测量pH值、检测异常，甚至将药物递送到体内的精确位置。这意味着可以减少侵入性手术和实施更有针对性的治疗，从而改善病人的治疗效果。如果能使这些机器人变得更小，它们可以被注射到血管中治疗心血管疾病或直接将药物递送到受影响的区域。这将为非侵入性医疗开辟全新的可能性。”