认识这款能像活细胞一样分裂、融合并挤过微小缝隙的磁性液态金属机器人 | - 《印度时报》

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科学家成功研发出一款模糊机器与生物界限的液态机器人。该成果由首尔大学与嘉泉大学团队联合打造，以液态金属为核心，表面覆有致密微观粒子装甲并内置磁性颗粒，支持远程精准操控。该软体机器人可自由改变形态、挤过极窄缝隙、分裂重组甚至吞噬异物。相关研究已发表于《科学进展》，有望在微创医疗、工业检测及灾难救援等领域引发技术变革。

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科学家研发出一款模糊了机器与生物界限的非凡液态机器人。该机器人由首尔大学与嘉泉大学的研究人员共同开发，其主体为液态金属，表面覆盖着一层致密的微观粒子装甲，内部嵌有磁性颗粒，从而实现远程控制。与传统由刚性部件构成的机器人不同，这款软体机器人能够大幅改变自身形状，挤过比自身直径更小的开口，分裂成多个液滴，重新融合为一体，甚至能包裹并移走外来物体。这项发表于《科学进展》（Science Advances）的研究，推出了一类全新的粒子装甲液态机器人，将液体的流动性与固体材料的稳定性相结合。受生物细胞行为的启发，该技术未来有望变革从微创医疗到工业检测及灾难救援等多个领域。随着研究的深入，此类自适应机器人将为智能设备开辟道路，使其能够进入传统机器人系统无法触及的环境。

粒子装甲液态机器人有何不同？

过去十年间，软体机器人技术发展迅速，但一项挑战始终难以克服：如何制造出既具备高度可变形性又拥有机械稳定性的机器人。 传统的刚性机器人强度高且行为可预测，但无法适应狭窄或不规则的环境。现有的软体机器人虽能弯曲和拉伸，但在经历大幅变形时，许多会丧失结构完整性。 新型机器人采用了一种名为“粒子装甲液态机器人”（PB）的独特材料架构来解决这一难题。其核心是一滴液态金属，因其优异的导电性、高表面张力以及如液体般的流动能力而被选中。该液滴中注入了磁性颗粒，使科学家能够利用外部磁场对其进行操控。

新型制造工艺破解长期难题

该研究最重要的创新在于粒子外壳的制造方式。以往的液态机器人通常是在已形成的液滴表面直接涂覆颗粒。尽管该方法能提供一定保护，但往往导致颗粒覆盖不均，限制了机器人的耐用性与灵活性。 为突破这一局限，研究人员开发了一种截然不同的制造工艺。 他们首先将液体冷冻成固态冰模板，随后在其表面涂覆疏水颗粒。涂层完成后，让冰自然融化，最终在液态金属核心周围留下了一层极其致密且均匀的粒子外壳。 该方法生成的保护层强度远超以往工艺。研究人员发现，致密的装甲显著提升了机器人承受反复变形的能力，同时保留了其流体特性。 论文指出，该制造策略创造出一种坚固的液-粒复合材料，能够在严苛的机器人作业中保持结构完整性，使其非常适合需要反复改变形状的任务。

灵感源自活细胞的非凡能力

研究人员并未从传统机械中汲取灵感，而是转向了生物学。 许多活细胞具备非凡的能力。它们能挤过微观开口，根据环境改变形状，通过吞噬作用包裹外来颗粒，甚至在特定生物过程中先分裂再重新融合。 粒子装甲液态机器人在人工系统中重现了上述多种行为。在实验室演示中，该机器人成功改变自身形态，穿过了由金属杆构成的、远小于其正常尺寸的狭窄缝隙。越过障碍后，它自然恢复至原始形状。 研究人员还证明，单个机器人可分裂成数个较小的液滴，随后重新聚合成一个更大的机器人，且功能不受影响。这种分裂与融合的能力，为传统刚性机械组件组装的机器人提供了前所未有的可能性。 另一项引人注目的演示展示了该机器人包裹外来物体并将其转移至他处的过程。该行为类似于生物吞噬作用，即免疫细胞包围并吞噬有害颗粒或病原体的过程。 这些实验表明，液态机器人将流体运动与受控操作相结合，使其在执行复杂物理任务的同时，仍能保持整体结构的稳定性。

利用磁场与声波实现远程控制

机器人内部含有分散于液态金属中的磁性颗粒，使研究人员无需任何机载电子设备或电源即可控制其运动。 通过施加外部磁场，团队能够高精度地引导机器人在固体表面移动、穿越狭窄空间并绕过障碍物。 研究还证明声波可影响机器人的运动。通过将磁场操控与超声波相结合，研究人员实现了对机器人在不同环境中行进方式的更强控制。 由于该机器人不依赖内部电机、齿轮或电池，尽管功能复杂，其整体设计依然极为简洁。 研究人员还开发了一种理论模型，用于描述粒子装甲机器人在不同条件下的行为表现。该框架可预测机器人形状、运动的变化及其与外力的相互作用，为工程师设计未来的液态机器人系统提供了宝贵工具。 科学家如今可借助该预测模型来针对特定应用优化机器人性能，而不再仅仅依赖试错实验。

兼具液态特性与卓越耐用性

该研究最令人惊讶的发现之一，是粒子装甲机器人展现出的卓越机械韧性。 液体通常因易变形而被认为较为脆弱。然而，致密的粒子外壳大幅增强了机器人的坚固性。 实验室测试表明，该机器人能够承受反复挤压和大幅变形，同时保持正常运行。即使在穿过狭窄空间或承受巨大外力后，它也能迅速恢复至原始液滴形状。 这种可变形性与韧性的结合，解决了软体机器人领域的核心挑战之一。 以往的液态机器人常在灵活性与稳定性之间面临取舍。高度可变形的设计往往容易丧失结构完整性，而更稳定的系统则牺牲了适应性。 粒子装甲设计成功平衡了这两项特性，打造出一个能在刚性机器无法运作的环境中运行的机器人平台。

在人体内的潜在医疗应用

该研究强调的最具前景的应用之一在于医疗领域。人体内的许多区域极难通过传统手术器械触及。血管、狭窄导管及脆弱组织需要能够在不造成损伤的情况下穿越狭窄通道的工具。 由于粒子装甲液态机器人能够挤过微小开口、绕过障碍物变形并在事后恢复形状，它未来有望成为一种微创医疗设备。 研究人员设想，未来的改进版本能够直接将药物递送至病变组织、清除阻塞物、输送治疗剂或辅助显微外科手术。 磁控系统提供了另一项重要优势。医生未来或许能利用外部生成的磁场远程操控这些机器人，从而减少对侵入性手术通道的依赖。尽管该技术仍处于实验室阶段，但本研究已展示了未来生物医学机器人所需的多种物理行为特征。

超越医疗：工业检测与灾难救援

该技术的实用性远不止于医疗领域。工业设施中常包含狭窄管道、复杂机械以及人类难以或危险进入的检测环境。 能够流入狭窄空间的液态机器人可用于检测结构损伤、识别泄漏点，或将传感器运送至无法进入的区域。 同样，灾区常存在倒塌建筑形成的微小缝隙，阻碍传统机器人接近被困幸存者。 由于粒子装甲机器人能在挤过狭窄缝隙的同时保持结构完整，未来的迭代产品有望协助探索地震或工业事故后的不稳定环境。 研究人员还提出了环境监测、微制造、货物运输以及在复杂系统中操控微小物体等应用场景。 其先分裂成多个机器人、随后再重新聚合的能力，对于需要高度适应性的协同机器人任务而言，将具有极高的价值。

资讯来源

• timesofindia.indiatimes.com
• 原文链接： [Meet the magnetic liquid metal robot that can split, merge and squeeze through tiny gaps like a living cell |
• The Times of India](https://timesofindia.indiatimes.com/science/meet-the-magnetic-liquid-metal-robot-that-can-split-merge-and-squeeze-through-tiny-gaps-like-a-living-cell/articleshow/132374061.cms)