香港城大的多足软体机器人，将开拓人体传输药物新应用
香港城市大学（香港城大）领导的研究团队成功研发了像毛虫般多足的微型软体机器人，能够在恶劣环境下运载重物。这项研究新成果，将可在日后为人体内输送药物等医疗科技发展带来新机遇。
全球各地一直在研制各种软体的微型机器人，但这个新研发机器人的多足设计，可大幅减少与地面摩擦，令机器人在人体内布满体液或血液的表面迅速移动。
有关研究由香港城大的申亚京课题组与王钻开仿生拓扑机械系统课题组以及北京理工大学团队进行，以《可在干燥和湿润环境下运动的仿生多足柔性机器人》（A bioinspired multilegged soft millirobot that functions in both dry and wet conditions）为题目，刚于上周发表在科学期刊《自然通讯》（Nature Communications）上，并获英国泰晤士报、英国天空广播、每日电讯报、美联社等多个外国媒体以及国内媒体报道。
仿生机器人设计
该微型机器人最特别之处是设有数以百计、长度少于1毫米而柔软如毛发的尖腿。这项独特的设计并非无心之作。研究团队曾详细分析数以百计陆地上的动物，研究具有两足、四足、八足或更多足动物的足部结构，尤其是它们的腿足长度与两腿之间距离的比例，并由此获得启发。
论文的共同通讯作者之一、香港城市大学生物医学工程学系助理教授申亚京博士说：“大部分动物的腿长和两腿之间的比例是2:1至1:1，以实现有效的身体支撑和高效的运动，因此我们决定以1:1的比例设计机器人。”
这次研发的机器人，身体厚度约0.15毫米，每只锥形腿长0.65毫米，而腿与腿之间的距离约0.6毫米，因此腿长和两腿之间的比例约为1:1。机器人以尖脚设计，大幅减低了脚底的接触面积和表面的摩擦。实验测试结果显示，无论是在干燥或湿润的环境，多足机器人与表面的摩擦均较无足机器人少40倍，保持了高效的运动能力。
除了多足的设计，用于制作的材料也很重要。这个机器人由生物兼容性材料聚二甲基硅氧烷（PDMS）制作而成，内附铁粉颗粒，以便通过电磁力作遥控。
论文的共同通讯作者之一、香港城大机械工程学系王钻开教授说：“我们采用的材料和多足设计，都大大提升了机器人的疏水性能。此外，由于硅胶柔软，因此可以很轻易地裁剪成不同形状和大小的机器人，以便作不同的用途。”
团队又指出，制作机器人成本低廉，每个机器人成本不到一美元。
在恶劣环境中轻松移动
在实验中，通过磁场的控制，机器人可以用拍打的方式或左右摆动的两种方式运动，即是分别用前足拍打向前或以左右脚交替的方式摆动身体前进。拍打向前的运动模式类似于非连续的粘滑运动，其一个周期内的步长约为腿长的94%。左右摆动模式类似于连续的倒立摆运动，其一个周期内的步长约为腿长的277%。
王教授说：“人体内的不同组织有高低不平的表面，也有转变不定的肌理，令传输药物变得非常困难。我们发明的多足机器人在不同的表面上移动均有出色表现，将可为人体传输药物创造极多的应用。”
研究团队进一步发现，柔软的腿为机器人提供更好的支撑，减少运动过程中身体的波动，更提升了越障能力。他们研制的机器人在面对较其腿长高10倍的障碍物时，凭借其柔软的身体和可变形的腿足，弯曲起其身体的一端至最大的90度角，便可轻易翻越障碍物。此外，倘若提高应用于机器人的磁场切换频率，可令机器人运动速度进一步提高。
这个机器人的载重能力亦极佳。实验测试结果显示，机器人可负载较其体重高100倍的物件，这种超卓载重能力可与自然界的「大力神」蚂蚁相比，又或等于一人轻易举起一辆有26个座位的小型巴士。
申博士补充说：“我们发明的微型机器人具有卓越的载重能力，能够快速移动以及跨越障碍的好本领，极为适合在困难的环境中应用，例如经人体消化系统传送药物，或是进行医疗检查。”
在动物以至人类体内进行机器人测试之前，研究团队将从三方面优化他们的发明，包括寻找可生物降解的制作材料、研发机器人的新形状和外型，以及增加其他特点。
申博士说：“我们希望在未来两三年内在材料方面做进一步探索，希望可以制成可生物降解的机器人，让它在完成传送药物的任务后自然分解。”
研究论文的共同第一作者是香港城大生物医学工程学系的博士生陆豪健和机械工程学系的张梅博士。其他共同合作者包括生物医学工程学系的博士生杨媛媛，以及北京理工大学的黄强教授和福田敏男教授。
DOI number: 10.1038/s41467-018-06491-9
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