也許不久的將來(lái)，生病的小伙伴可以吞下一個(gè)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(guò)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(lái)到你我身邊。研究人員受到了細(xì)菌外形和運(yùn)動(dòng)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?cè)趶?fù)雜變化的環(huán)境中自由移動(dòng)。

穿過(guò)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)

穿過(guò)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(dòng)化設(shè)備提供了新的思路。這個(gè)微小的機(jī)器人可以再液體中流動(dòng)，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(cuò)綜復(fù)雜的內(nèi)分泌系統(tǒng)而無(wú)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(guò)電磁場(chǎng)控制它們的運(yùn)動(dòng)和位姿。機(jī)器人可以在程序的控制下通過(guò)粘稠的液體，或者以較高的速度在流體中運(yùn)動(dòng)。研究人員利用線圈和變換的電流創(chuàng)造了一個(gè)可操控方向和強(qiáng)度的三維磁場(chǎng)：

在磁場(chǎng)的控制下機(jī)器人可以按照不同的方向運(yùn)動(dòng)：

制備機(jī)器人的過(guò)程與我們想象的有很大的不同，這里的機(jī)器人沒(méi)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(kāi)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(lái)。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(guò)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(guò)程中只需要將其放置在均勻磁場(chǎng)中即可將其中的納米粒子極化，折疊軸和各向異性的磁場(chǎng)將相互耦合共同影響微型機(jī)器人的形態(tài)和運(yùn)動(dòng)。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(guò)旋轉(zhuǎn)尾部的鞭毛或者本體來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)。可以用下面的模型來(lái)描述細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)過(guò)程：

研究人員利用了與長(zhǎng)軸垂直的變換磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)微型機(jī)器人模擬這種運(yùn)動(dòng)。

在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，不同的黏度對(duì)于機(jī)器人的影響各不相同。研究人員發(fā)現(xiàn)，對(duì)于比較稀的液體長(zhǎng)的機(jī)器人移動(dòng)速度較快，而對(duì)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(dòng)步態(tài)：

此外，為了控制不同流體中機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的步態(tài)，使用了與微型結(jié)構(gòu)長(zhǎng)軸有夾角的磁場(chǎng)來(lái)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(dòng)空間和黏度的流體中順暢的運(yùn)動(dòng)。

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(lái)諸多的益處。也許在未來(lái)，這種微型機(jī)器人會(huì)發(fā)展出被人體直接吸收的無(wú)毒無(wú)害材料制作，生病真的不用愁了。生病了，吃幾個(gè)小機(jī)器人直接把藥送到體內(nèi)需要的地方。