美国麻省理工学院材料科学与工程以及脑与认知科学教授 Polina Anikeeva 在她的实验室里。（图片来源：Steph Stevens/麻省理工学院麦戈文研究所）

由简单磁场驱动的创新型软体机器人十分适合在狭小环境中操作。这些机器人是由磁性橡胶螺旋构造而成，能够响应编程来行走、爬升和游动，这些活动都是基于简单且容易操作的磁场。

美国麻省理工学院K. Lisa Yang 脑体中心的主管，同时也是电子实验室的教授Polina Anikeeva表明：“这是首次实现通过一维磁场来控制机器人的三维运动。”该团队在6月3日在《先进材料》期刊上发布了一篇关于磁控机器人的开放获取文章。“由于这些机器人主要由柔软的聚合物构成，因此只需很小的磁场就能激活它们，推动它们的是一个非常微弱的磁场。”

这些创新型机器人特别适用于在受限空间中运输物品，它们柔软的橡胶构造对易碎环境相当温和，这为其在生物医疗领域的应用创造了可能性。Anikeeva及其研究团队已经生产出了毫米级的机器人，但她也表示，使用相同的制造方法也能生产更小型的机器人。

Anikeeva解释称，迄今为止，磁性机器人是随着磁场的变化而移动的。她说，在这些模型中，“如果你想让机器人行走，相应的磁铁也需要移动。如果你想让机器人旋转，你需要转动你的磁铁。”这限制了这类机器人能够工作的环境。“在一个高度受限的空间内，移动磁铁可能并不是最安全的做法。你会希望有一台固定的设备，只针对样本施加磁场。”

Youngbin Lee 博士，一个已经毕业的Anikeeva实验室研究生，设计了解决这一问题的方案。他研发的机器人不是均匀地磁化的，而是在不同部位和方向上被有策略地磁化，从而能通过单一磁场来实现分布式磁力驱动。

在进行磁化之前，需要先构建出柔软而轻便的机器人主体。Lee采用了两种不同硬度的橡胶，将其合并，然后通过加热和拉伸成细长的纤维。由于这两种材料的属性各异，一种橡胶在被拉伸时能保持其弹性，而另一种则会变形并且不能恢复原状。因此，当应力释放时，纤维的一侧会收缩，进而带动另一侧，使整个纤维卷成紧绷的线圈。Anikeeva提到，这种螺旋状的纤维是受到了黄瓜植物卷须的启发，当其中一层细胞比另一层更快地失水时，卷须便会呈现出螺旋形状。

引入了第三种可能成为磁性的材料颗粒，这些被嵌入到橡胶纤维的通道中。这样，在纤维形成螺旋后，就可以通过特定的磁化模式来实现预定的动作。

Anikeeva说：“Youngbin非常细致地计算了如何磁化这些机器人，以便它们能按照他的编程进行运动。”“他精确地计算了，当我们施加磁场时，如何在其上形成这样的力分布，使机器人能够开始行走或爬升。”

比如，为了创建一个像毛毛虫那样能爬行的机器人，螺旋纤维被塑成了轻微的波浪形状，然后对其身体、头部和尾部进行磁化。这样，施加垂直于机器人运动平面的磁场会使机器人体积压缩。当磁场减至零时，压缩解除，爬行机器人开始展开，这些动作共同推动机器人前进。另一种设计的机器人有两个足状的螺旋纤维，它们通过关节连接，其磁化方式使得其行动更像是行走。

这种精确的磁化技术为每个机器人设定了一个特定的程序，确保了一旦机器人被制造出来，就能容易地进行控制。一个弱磁场就足以激活每个机器人的预定程序并推动其特殊类型的动作。一个单一的磁场甚至能让多个机器人朝反方向移动（如果已进行过相应的编程）。研究团队还发现，只需简单地反转磁场方向就能使机器人改变运动方向。

Anikeeva说：“现在，我们正在考虑如何将这些机器人应用到生物医疗领域中。由于它们是由柔软的橡胶制成，因此可以很轻松地穿过血管和其他细小的身体通道。”同时，她表示这种机器人还有其他多种应用，如进行精确的环境监测、药物输送，甚至是无线电药物释放。“