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科學(xué)家一直努力地研發(fā)能夠適應(yīng)不同環(huán)境，以進(jìn)行探索和應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)范疇的微型機(jī)器人。

申博士的研究團(tuán)隊(duì)近日便研發(fā)出一種簡(jiǎn)單的微型機(jī)器人構(gòu)建方法：在物件表面噴上一種特別合成、像膠水般的磁性噴霧，就可令該物件變成微型機(jī)器人。他們稱這噴霧為“M-spray”。申博士解釋說(shuō)：“我們的構(gòu)想是，基本上任何物件披上這層磁性噴霧外衣，就可以化身微型機(jī)器人，由我們控制它如何移動(dòng)。我們研發(fā)的M-spray可以黏在物件表面，然后透過(guò)磁場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)，‘激活’該物件。”

M-spray的成份是聚乙烯醇（polyvinyl alcohol, PVA）、小麥蛋白粘粉（gluten）和鐵顆粒。不論物件的表面是粗糙抑或平滑，這種噴霧都可以瞬間穩(wěn)定地緊貼于一維（1D）、二維（2D）和三維（3D）物件上，所形成的一層厚度只有0.1至0.25毫米的薄膜，并不會(huì)影響物件原來(lái)的大小、形態(tài)以及結(jié)構(gòu)。

研究人員用M-spray噴涂物件后，會(huì)因應(yīng)需要，以單一或多重的磁化方向磁化該物件，使它受磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下能夠移動(dòng)。然后他們把物件加熱，令磁性噴霧外層凝固。

就是這樣，已噴有M-spray的物件受磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，就會(huì)變成微型機(jī)器人，在玻璃、皮膚、木頭或沙礫等各種表面上，能以爬行、翻轉(zhuǎn)、行走或者滾動(dòng)等不同的方式移動(dòng)。研究團(tuán)隊(duì)成功將棉線（1D）、折紙（2D平面），聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜（2D彎曲/柔軟的表面）和膠管（3D圓桶形物體）分別變成軟體爬蟲(chóng)機(jī)器人、多足機(jī)器人、步行機(jī)器人和滾動(dòng)機(jī)器人。

團(tuán)隊(duì)研發(fā)的這種方法，特別之處在于機(jī)器人可以按照需要而重新編程（reprogramme），以改變機(jī)器人的移動(dòng)模式。

論文共同第一作者之一的楊雄解釋指出，傳統(tǒng)機(jī)器人在制成之后，其固有形態(tài)通常無(wú)法隨意更改，因此局限了他們的移動(dòng)模式。然而，只要令固化后的磁性噴霧層完全濕透，再施加強(qiáng)力磁場(chǎng)，就可以改變M-spray涂層內(nèi)磁性粒子的分布和排列方向（易磁化方向, easy magnetisation axis）。

團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)證明了以此方法，可以改變機(jī)器人的移動(dòng)模式，例如機(jī)器人在一個(gè)較闊的空間里，可以用較快速、上下彎曲身體的3D毛蟲(chóng)移動(dòng)模式前進(jìn)，當(dāng)重新編程之后，則能以較慢、身體如六角手風(fēng)琴般伸縮的移動(dòng)模式，貼著地面（2D）前進(jìn)，穿過(guò)狹窄的隙縫。

這個(gè)重新編程驅(qū)動(dòng)模式的特性，亦對(duì)目標(biāo)導(dǎo)航有幫助。團(tuán)隊(duì)為探究機(jī)器人于生物醫(yī)學(xué)范疇的應(yīng)用潛能，遂以常用于治療或手術(shù)的導(dǎo)管，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。他們證明了不論是管道中有大幅度的急轉(zhuǎn)彎抑或圓滑的轉(zhuǎn)彎位，噴有M-spray涂層的導(dǎo)管均可順利通過(guò)，而且噴有M-spray涂層的導(dǎo)管的活動(dòng)能力和穩(wěn)定性，不會(huì)因?yàn)楣艿纼?nèi)的血液或液體的流動(dòng)而受太大的影響。

團(tuán)隊(duì)又根據(jù)傳輸任務(wù)及環(huán)境，對(duì)噴有M-spray涂層的棉線的不同部分進(jìn)行重新編程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步顯示，棉線能夠快速并順利通過(guò)不規(guī)則而且狹窄的結(jié)構(gòu)。申博士指出，從臨床應(yīng)用角度而言，這樣可以避免導(dǎo)管在插入的過(guò)程中意外插傷喉嚨。他說(shuō)：“這個(gè)可視乎任務(wù)而重新編程的特性，令M-spray涂層在復(fù)雜的食道、血管和尿道中導(dǎo)航導(dǎo)管的操作應(yīng)用上，具有很大的潛力。”

這項(xiàng)研發(fā)的另一重要特色，是可以通過(guò)控制磁場(chǎng)，按需要將M-spray涂層分解成粉末。申博士說(shuō)：“M-spray使用的所有材料，即PVA、小麥蛋白粘粉和鐵顆粒，都是生物兼容的，涂層崩解后可以被人體吸收或排出體外。”他強(qiáng)調(diào)，M-spray涂層崩解后的副作用可說(shuō)是微不足道的。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證運(yùn)用M-spray涂層機(jī)器人傳輸藥物的可行性和有效性，研究團(tuán)隊(duì)以噴涂了M-spray的膠囊于兔子身上進(jìn)行活體實(shí)驗(yàn)。在傳輸過(guò)程中，兔子被全身麻醉，并以放射成像追蹤膠囊在兔子胃中的位置。當(dāng)膠囊到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)，研究人員就施加振動(dòng)磁場(chǎng)，令涂層崩解。申博士補(bǔ)充說(shuō)：“M-spray這種可控崩解的特性，令藥物可以到達(dá)目標(biāo)位置才被釋放，而非在器官中四處散落。”

盡管M-spray涂層在強(qiáng)酸環(huán)境（pH值為1）中會(huì)在大約8分鐘內(nèi)便開(kāi)始崩解，但研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，于涂層表面外加一層PVA層，可將崩解延遲至大約15分鐘才開(kāi)始。另外，如果以鎳顆粒代替鐵顆粒，即使在30分鐘后，涂層仍然可以在強(qiáng)酸環(huán)境中保持穩(wěn)定。

申博士說(shuō)：“我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，使用M-spray制成的各種微型機(jī)器人能適應(yīng)不同環(huán)境、不同表面的狀況以及障礙物。我們希望這種構(gòu)建方法，可以開(kāi)拓微型機(jī)器人在不同范疇的發(fā)展和應(yīng)用，例如傳輸、可移動(dòng)的傳感器和裝置等等，特別是應(yīng)用于在有限空間內(nèi)進(jìn)行的任務(wù)。”

來(lái)自香港城大的申博士和來(lái)自中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院（SIAT CAS）的吳新宇博士，是論文的通訊作者。論文第一作者分別是香港城大BME學(xué)系的博士生楊雄，和來(lái)自SIAT CAS的尚萬(wàn)峰博士。其他研究團(tuán)隊(duì)成員是申博士團(tuán)隊(duì)的博士生及博士畢業(yè)生：陸豪健博士、劉雁婷博士、楊柳以及譚蓉。

這項(xiàng)研究獲得國(guó)家科學(xué)基金會(huì)與香港研究資助局的資助進(jìn)行。

DOI number: 10.1126/scirobotics.abc8191