研究人员揭示了首个由光驱动的环形微型机器人，能够在粘稠液体（如粘液）中自主移动。这一创新标志着微型机器人在复杂环境中操控能力方面的重大进展，具有在医疗和环境监测等领域的潜在应用。
来自芬兰坦佩雷大学和中国安徽建筑大学的研究团队在软机器人领域取得了显著的进展。他们的开创性研究介绍了一种环形的、由光驱动的微型机器人，可以自主在粘稠物质（如粘液）中导航。这项新技术是朝着创造能够应对复杂环境的微型机器人迈出的一大步，这些机器人在医学和环境监测等领域可能具有重要价值。
在光学显微镜下的观察揭示了生机勃勃的微观生态。自然界赋予微生物巧妙的工具，使其能够在黏稠环境中移动：例如，大肠杆菌扭动和旋转，纤毛同步波动，鞭毛则采用鞭状动作向前移动。然而，由于遇到的主导黏性阻力，微观游泳的过程与人类试图在蜂蜜中游泳相似。
受到自然界的启发，专注于先进微型机器人技术的科学家们正在努力寻找解决方案。坦佩雷大学研究的核心是一种名为液态晶体弹性体的合成材料，它对激光光等刺激作出反应。当其被加热时，该材料因静态和动态力量的结合而产生独特的零弹性能模式（ZEEM），自动旋转。
坦佩雷大学的博士研究员兼该研究的首席作者邓子轩表示，这一成就不仅标志着软机器人领域的重要进展，也为能够在复杂环境中导航的微型机器人奠定了基础。
“这项研究的重要性超越了机器人学，可能影响医学和环境监测等领域。例如，这些设备可以通过生理粘液促进药物传递，并在微型化之后帮助清理阻塞的血管，”他解释说。
环形形状增强了游泳机器人的控制能力
多年来，科学家们一直对微观尺度游泳的独特挑战着迷，这一概念在1977年被物理学家爱德华·珀塞尔提出。他是第一个提出环形形状（类似甜甜圈）的科学家，认为它在改善微观生物在黏性力量大于惯性力量的环境中导航方面具有潜力。这种情况被称为斯托克斯区或低雷诺数极限。尽管前景广阔，但环形游泳者尚未实现。
现在，环形设计的重大进展简化了游泳机器人的控制，消除了复杂结构的必要性。通过利用单一光束触发非互易运动，这些机器人利用ZEEM自主管理其导航。
“我们的突破使在斯托克斯区内进行三维自由游泳成为可能，并为探索受限区域（如微流体环境）创造了新机会。此外，这些环形机器人可以根据周围环境轻松切换于滚动和自推进行动之间，”邓子轩补充道。
邓子轩预计未来的研究将调查多个环形机器人的相互作用和集体行为，这可能导致这些智能微体之间的新沟通模式。
汇聚光驱动软机器人发展的历程
题为“利用零弹性能模式进行光驱动的运动”的研究已发表于Nature Materials。该报告是两个重要研究计划的最终结果。
第一个项目STORM-BOTS侧重于培养新一代科学家在软机器人领域的研究，特别是液晶弹性体。作为这一计划的一部分，邓子轩的博士研究致力于创建能够在空气和水中有效导航的光驱动软机器人，指导教授为坦佩雷大学的阿里·皮里马基和曾浩。
第二个项目ONLINE旨在研究非平衡软驱动器系统，目标是实现自我维持的运动，从而实现诸如运动、交互和通信等创新的机器人能力。
