來(lái)自德國(guó)馬克斯-普朗克研究所（Max Planck Institute，MPI）的研究團(tuán)隊(duì)，近日造出了一種新型的無(wú)纜軟體機(jī)器人，大小僅有幾毫米，卻具備運(yùn)輸和鉆挖等多種功能。

該團(tuán)隊(duì)將機(jī)器人稱(chēng)為“水母機(jī)器人”（jellyfishbot），其設(shè)計(jì)靈感來(lái)自缽水母碟狀幼體（scyphomedusae ephyra），研究表明，該機(jī)器人能夠像真的水母一般，操控其周?chē)乃鲃?dòng)，自身完成一系列操作。

多樣的運(yùn)動(dòng)能力讓該軟體機(jī)器人在醫(yī)療領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，同時(shí)也有助于進(jìn)一步研究水母的運(yùn)動(dòng)形態(tài)。此外，該團(tuán)隊(duì)將在這一機(jī)器人的基礎(chǔ)之上，開(kāi)發(fā)更小、可生物降解的軟體機(jī)器人，以在醫(yī)療領(lǐng)域得到實(shí)際應(yīng)用。

該成果于 7 月 3 日登上了Nature Communication，論文通訊作者為來(lái)自 MPI 智能系統(tǒng)研究所 Metin Sitti 教授，團(tuán)隊(duì)成員包括 Wenqi Hu 博士、博士生董曉光、任子宇等。

Metin Sitti 教授認(rèn)為，該研究的突破性意義體現(xiàn)在這是第一個(gè)水母機(jī)器人能在類(lèi)似的尺寸條件下，模仿水母完成游動(dòng)和捕食等動(dòng)作。

圖| 機(jī)器人設(shè)計(jì)示意圖（來(lái)源：該研究論文）

軟體游泳機(jī)器人在醫(yī)療和改善水體環(huán)境等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。雖然目前已有能夠游泳的微型機(jī)器人設(shè)計(jì)，但是隨著機(jī)器人尺寸的縮小，讓機(jī)器人具備諸如操控物體等高級(jí)功能仍是一項(xiàng)不小的挑戰(zhàn)，主要原因在于機(jī)器人可以搭載的組件的尺寸有限。

Metin Sitti 所在團(tuán)隊(duì)想要解決的問(wèn)題是在縮小機(jī)器人體積的同時(shí)，讓其具備運(yùn)動(dòng)、捕捉和操縱微型物體的能力。這也是團(tuán)隊(duì)將水母作為機(jī)器人原型生物的原因。

圖丨機(jī)器人攜帶小球翻過(guò)中間的障礙物（來(lái)源：該研究論文）

Metin Sitti 向 Deeptech 介紹，水母是最為常見(jiàn)、最節(jié)能且功能多樣的軟體游泳生物，就算在幼年時(shí)期，體積非常小、身體結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單的時(shí)候，也能具備出色的行動(dòng)能力，這給了團(tuán)隊(duì)很大的啟發(fā)。

Metin Sitti 及同事參照這一模型，設(shè)計(jì)并制造了一種僅有幾毫米大小的機(jī)器人，他們將一個(gè)磁性復(fù)合彈性體核（直徑 3 毫米）與 8 個(gè)可彎曲的垂瓣連接在一起，施加振蕩磁場(chǎng)后，這些垂瓣便會(huì)收縮再恢復(fù)，就像游泳的水母一樣。

為了探究軟體機(jī)器人與周?chē)后w流動(dòng)之間的關(guān)系，團(tuán)隊(duì)研究了機(jī)器人在多種不同的游泳模式下的表現(xiàn)。

例如，它們可以移動(dòng)其柔軟的身體，像真正的水母一樣向上游動(dòng)。

圖|機(jī)器人向上游動(dòng)（來(lái)源：Metin Sitti 教授）

在過(guò)往的水母狀機(jī)器人的研究中，其他研究者的關(guān)注焦點(diǎn)主要是機(jī)器人的游動(dòng)能力，而 Metin Sitti 則不滿(mǎn)足于此。除了游泳，他們的機(jī)器人也能選擇性地運(yùn)輸不同大小的球珠（這一過(guò)程則參考了水母捕食時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)）、鉆入球珠中逃避捕食者、混合不同的流體等。

圖 | 水母機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的四個(gè)功能：a）運(yùn)輸兩種不同尺寸的球珠; b）在細(xì)珠池中模擬挖洞并尋找獵物; c）混合兩種不同顏色的染料; d）產(chǎn)生不同的軌跡(generating a chemical path)（來(lái)源：該研究論文）

實(shí)驗(yàn)證明，模仿水母的設(shè)計(jì)讓機(jī)器人在體積極小的情況下依然具備出色和多樣的運(yùn)動(dòng)能力，讓這款機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用層面有很大的想象空間。

圖 | 水母選擇性帶走大的球珠（來(lái)源：Metin Sitti 教授）

董曉光認(rèn)為，一種可能的應(yīng)用場(chǎng)景是，配合超聲成像的指引，機(jī)器人可以在膀胱內(nèi)游動(dòng)，并與特定目標(biāo)如腫瘤組織貼合，以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間精準(zhǔn)釋放抗癌藥物。”這將可能對(duì)患者帶來(lái)巨大幫助，包括減少常規(guī)治療可能帶來(lái)的痛苦和提高治療效率等。

這也是團(tuán)隊(duì)接下來(lái)的重點(diǎn)研究方向。Metin Sitti 告訴 DeepTech，在工程應(yīng)用方面，團(tuán)隊(duì)將嘗試把軟體機(jī)器人應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域。他透露，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)并制造了可以在膀胱內(nèi)移動(dòng)并進(jìn)行精準(zhǔn)送藥的機(jī)器人原型。此外，他們還將使用這些軟體機(jī)器人來(lái)有目的地堵住輸卵管或血管，以達(dá)到避孕或其他治療目的。重要的是，機(jī)器人在體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是完全通過(guò)控制磁場(chǎng)變化遠(yuǎn)程操控的。

不過(guò)在實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)之前，仍待解決的技術(shù)問(wèn)題包括使用完全可生物講解的材料，目的是為了讓機(jī)器人在完成了特定任務(wù)后可在人體內(nèi)降解，從而免去將機(jī)器人取回的過(guò)程。此外，團(tuán)隊(duì)還正努力將機(jī)器人進(jìn)一步小型化，將其尺寸縮小至 100 微米以下，如此便能在人體血管內(nèi)游動(dòng)和工作。

Metin Sitti 表示，團(tuán)隊(duì)已獲得相關(guān)資金支持，將這項(xiàng)機(jī)器人技術(shù)用在實(shí)際的醫(yī)療應(yīng)用中。研究團(tuán)隊(duì)將會(huì)現(xiàn)在動(dòng)物體內(nèi)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，最終目標(biāo)是將其用在人類(lèi)患者的疾病治療中。