由香港城市大学(CityU)的一位科学家领导的一项联合研究开发了一种制造毫微机器人的简单方法，即在物体上涂上一种类似胶水的磁性喷剂。在磁场的驱动下，被涂层的物体可以在不同的表面爬行、行走或滚动。由于磁性涂层具有生物相容性，并且在需要时可以分解成粉末，因此这项技术显示了在生物医学应用方面的潜力，包括导管导航和药物给药。
研究小组由香港城市大学生物医学工程系副教授沈亚静博士率领，并与中国科学院深圳先进技术研究院合作。这项研究结果发表在科学杂志《科学机器人》上，标题为“一种凝集磁性喷雾能将无生命的物体变成微型机器人，杏2注册用于生物医学应用。”
将物体变成“磁性外壳”的微型机器人
科学家们一直在开发微型机器人或昆虫大小的机器人，它们能够适应不同的环境，用于探索和生物医学应用。
沈博士的研究团队想出了一种构造微机器人的简单方法:在物体上涂上一种叫做M-spray的复合胶状磁性喷雾。“我们的想法是，穿上这种‘磁性外套’，我们可以把任何物体变成机器人，并控制它们的运动。”我们研发的M-spray可以附着在目标物体上，并在磁场驱动下‘激活’目标物体。”
M-spray由聚乙烯醇(PVA)、面筋和铁颗粒组成，可以瞬间稳定牢固地附着在一个(1D)、两个(2D)或三维(3D)物体的粗糙和光滑表面。它在表面形成的薄膜只有0.1到0.25毫米厚，
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在给物体涂上M-spray后，研究人员用单一或多个磁化方向对其进行磁化，这可以控制物体如何通过磁场移动。然后他们对物体加热，直到涂层固化。
通过这种方式，在磁场的驱动下，这些物体就可以变成具有不同运动模式的微型机器人，比如在玻璃、皮肤、木材和沙子等各种表面上爬行、翻转、行走和滚动。该团队通过将棉线(1D)、折纸(2D平面)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜(2D弯曲/柔软表面)和塑料管(3D圆形物体)分别转换为柔软的爬行机器人、多足机器人、行走机器人和滚动机器人来演示这一特性。
按需重新编程，以改变移动模式
这种方法的特殊之处在于，该团队可以根据需要重新编程millirobot的运动模式。
本文的共同第一作者杨雄先生解释说，传统上，机器人的初始结构通常是固定的，一旦它被构建，因此限制了它在运动中的通用性。但是，通过将固化的m -喷涂涂层充分湿润，使其像胶水一样粘着，再施加强磁场，可以改变m -喷涂涂层的磁性颗粒(易磁化轴)的分布和对准方向。
他们的实验表明，同一款millirobot可以在不同的运动模式之间切换，比如在宽敞环境中，从更快的三维履带式移动到通过狭窄缝隙时更慢的二维手风琴式移动。
导航能力和可分解性
这种可重新编程的驱动特性也有助于导航到目标。为了探索其在生物医学上的应用潜力，研究小组用导管进行了实验，这种导管被广泛用于植入体内治疗疾病或进行外科手术。他们证明了m -喷雾涂层导管可以实现急转弯或平滑转弯。血液/液体流动对m -喷涂涂层导管的运动能力和稳定性的影响有限。
他们根据交付任务和环境对棉线不同部位的m型喷涂涂层进行了重新编程，进一步表明该涂层可以实现快速转向和平滑通过不规则、狭窄的结构。沈医生指出，从临床应用的角度看，这可以防止在插入过程中突然插入咽喉壁。他说:“基于任务的重新编程为食管、血管和尿道等需要导航的复杂部位的导管操作提供了良好的潜力。”
该技术的另一个重要特点是，m -喷涂涂层可以在磁场的操纵下根据需要分解成粉末。M-spray的所有原料，即PVA、面筋和铁颗粒，都是生物相容性的。分解后的涂层可以被人体吸收或排出体外。”沈博士强调，M-spray分解后的副作用可以忽略不计。
兔胃给药成功
为了进一步验证M-spray使毫微机器人能够进行药物传递的可行性和有效性，该团队对家兔和涂有M-spray的胶囊进行了体内实验。在分娩过程中，兔子被麻醉，并通过放射成像跟踪胶囊在胃中的位置。当胶囊到达目标区域时，研究人员通过施加振荡磁场来分解涂层。沈博士补充道:“M-spray的可控崩解特性使药物能够在特定位置释放，而不是分散在器官内。”
虽然在强酸性环境(pH值为1)下，m -喷涂涂层在8分钟内就会开始分解，但研究小组表明，在m -喷涂涂层表面增加一层PVA可以延长涂层的分解时间至15分钟左右。如果用镍颗粒代替铁颗粒，即使在强酸性环境下30分钟也能保持稳定。
“我们的实验结果表明，M-spray可以构建不同的毫微机器人，杏耀yl注册以适应各种环境、表面条件和障碍。我们希望这种构建策略能够促进微机器人在不同领域的发展和应用，比如主动运输、可移动传感器和设备，特别是在有限空间的任务中，”沈博士说。
