因为天然界中生命的演化，生物往往表现出对杂乱环境的高度习惯性，例如超快运动、伪.装和集体协作。生物运动的研讨对仿生机器人以及医疗设备构建等工程范畴具有重要启示效果。基于此，人们致力于开发新的仿真东西、物理模型和试验渠道来模仿和研讨这些天然运动形式。但是，许多不同标准的生物表现出非常杂乱的运动步态，例如多种根本运动的耦合。这些步态难以用现有的软体机器人渠道模仿，并且这些渠道一般缺少解耦杂乱生物行为的战略，使得了解生物运动的机制具有挑战性。近来，香港中文大学张立教授课题组联合北京核算科学研讨中心丁阳教授课题组以及美国卡耐基梅隆大学Carmel Majidi教授课题组提出一种磁性软体机器人渠道用于重建宽和耦杂乱生物运动。该磁性软体机器人可以经过模板法或许3D打印工艺制作。该作业中使用了面投影微立体光刻技能(nanoArch S130, 摩方精细)打印一种节肢型的水凝胶磁性机器人，机器人身体由磁性段（由掺杂磁性颗粒的聚丙烯酰胺水凝胶制成）和非磁性段（由聚丙烯酰胺水凝胶制成）组成。机器人的尺度为长度5 mm、长宽比11:1。采用时变磁场来诱导软体机器人的灵敏运动。经过该软体机器人渠道以及可编程的磁场输入，该研讨团队可以重建出摇蚊的幼虫所启示的运动步态并对这类型的生物运动步态进行体系的解耦研讨。相关研讨成果以“Decoupling and reprogramming the wiggling motion of midge larvae using a soft robotic platform” 为题发表于期刊《Advanced Materials》。

经过构建的磁性软体机器人体系，该研讨团队提醒了机器人身体弯曲和旋转的彼此耦合在其推动中起着关键效果，以这种仿生推动方法游动可以诱导与天然生物共同的流场结构，并在中等雷诺数状态下完成优异的运动功用。此外，磁性软体机器人可以在活动的环境中逆流而行，经过切换其运动形式来习惯三维环境，以及完成其他功用，包含越障才能和在狭隘空间中的运动才能。与经过磁场梯度直接将机器人驱动到指.定方位的磁力操控战略比较，软体机器人可以灵活地操控其变形和运动形式。总结而言，这项作业供给了一个磁性软体机器人渠道，使其可以对无脊椎动物的杂乱运动进行解耦和从头编程，并把握它们的根本机制。这也为规划具有杂乱耦合步态的游动软机器人供给了新的思路。

图1. 软体机器人的磁场操控和运动剖析。（A）机器人的模板辅佐磁化方法；（B）沿着机器人中心线的磁通密度散布；（C）软体机器人在不同静态磁场下的变形和转向；（D）用于操控软体机器人的动态磁场；（E）软体机器人在一个周期内的运动序列。

图2. 软体机器人的流场动力学模仿和流场可视化剖析。（A）在一个周期内软体机器人的瞬时速度；（B）软体机器人质心轨道的试验和模仿成果；（C）在一个运动周期内施加到机器人身体上的净流膂力；（D）流场结构的可视化。

图3. 软体机器人渠道用于解耦杂乱生物运动。（A）机器人身体弯曲和旋转之间的相位差对运动功用的影响；（B）机器人身体的滚动视点对运动功用的影响；（C）磁场强度对机器人运动功用的影响；（D）磁场频率f2/f1 对机器人运动功用和行进速度的影响；（E）磁场频率feq对机器人运动功用的影响。（F）机器人运动方向和磁场方向角的联络。

图4. 软体机器人的多模态运动。（A）机器人沿着五角星轨道的可控运动；（B）机器人在动态环境中的运动；（C）机器人的三维游动和避障行为；（D）机器人在狭隘空间内运动；（E）机器人经过多种形式运动探究三维空间。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202109126