微型机器人的应用前景广泛,涉及医疗健康、环境监测及微电子等多个领域。相比于光、电、热和化学驱动的微型机器人,磁控微型机器人凭借其无线操控和快速响应的优势脱颖而出。
目前,磁控机器人多采用磁弹性材料(如含有磁颗粒的水凝胶和硅橡胶)或磁性液态材料(如磁流体和磁流变液)。磁弹性机器人虽然拥有快速响应和较高负载能力,但其结构固定,难以重新塑形;而磁控液态机器人虽能灵活变形,但在负载能力和运动性能上表现较弱。因此,研发一种同时具备高强度和良好形态适应性的新材料成为制造磁控微型机器人的关键。
近期,中山大学深圳生物医学工程学院的蒋乐伦教授团队展示了一种磁控固液相变材料,这种材料不仅具有优异的机械性能,抗拉强度达到21.2兆帕,抗压强度为18.8兆帕,刚度高达1.98千兆帕,而且能够承受自身重量一万倍的重物,移动速度最高可达1.5米每秒,旋转速度高达1500转每分钟。更重要的是,这种材料具备出色的形态适应性,如拉伸、分裂和融合等。
为了证明这种材料的独特功能,研究团队将其应用于多个场景,例如作为智能焊料修复电路和焊接电子元件,以及变形为万能螺丝钉在密闭空间中组装零件。此外,该材料还被用作磁控机器人,用于药物输送和异物清除等任务。这种材料在医疗、电子和机器人领域展现出巨大的应用潜力。
据了解,蒋乐伦教授团队多年来一直致力于磁控机器人和制动器的研究。在讨论课题时,他们受到科幻电影《终结者》和《X-战警》的启发,希望将液态金属引入磁控技术,开发出具有固液相变特性的磁控材料和机器人。通过借鉴海参改变自身刚度的特性,团队成功研制出这种磁控固液相变材料,并与液态金属和软体机器人领域的专家合作,进一步优化了材料配方和实验方案。
未来,该团队将继续推进磁控固液相变机器人技术的研究,特别是在医疗领域的应用方面,如结合CT影像导航技术,推动磁控固液相变微纳机器人在靶向药物释放等方面的进展。