微型機器人群體的驅(qū)動依賴于外部刺激，如光良好、聲場和磁場逐步顯現。相較于傳統(tǒng)機電機器人持續發展，微型機器人的無線通信和自主合作更為復(fù)雜橫向協同。同時，由于質(zhì)量較輕宣講手段，微型機器人具有較低的慣性力和動能應用前景，這在克服環(huán)境粘性力或界面能量時構(gòu)成限制有很大提升空間。盡管增加微型機器人的數(shù)量可在一定程度上改善這一局限，但單個機器人的低動能仍限制了其功能性的擴展首次。

為此可能性更大，來自韓國漢陽大學、仁荷大學的研究團隊成功研發(fā)了一種具有磁各向異性特性的立方體微型機器人方案，其多功能群體智能系統(tǒng)可用于執(zhí)行多種任務(wù)關鍵技術。這些微型機器人具備自我攀爬、跨越障礙、自我投擲技術研究、舉起障礙物重要的、貨物運輸、接線與斷開姿勢、液態(tài)金屬形狀修改相互融合、管道疏通以及生物體引導等多重能力〗涣餮杏?？蓪崿F(xiàn)群體智能功能更加完善。相關(guān)研究成果以“Magnetic swarm intelligence of mass-produced, programmable microrobot assemblies for versatiletask execution"為題發(fā)表在期刊《Device》上。

該團隊通過精心設(shè)計的磁化輪廓編碼策略建設應用，成功實現(xiàn)了立方體微型機器人的磁各向異性支撐作用，進而賦予了它們定向的磁性相互作用能力。此編程磁化輪廓的核心目的動力，在于降低磁偶極勢能同時，進而使得這些微型機器人能夠自發(fā)地、有序地磁性地組裝成一維（1D）的確定性結(jié)構(gòu)效高性。

首先模式，該團隊采用了原位復(fù)模和磁化技術(shù)（如圖1A所示），設(shè)計了一個具有三維（3D）形狀的立方體微陣列結(jié)構(gòu)提升，該結(jié)構(gòu)由數(shù)百個尺寸為300×300×600 μm³的立方體結(jié)構(gòu)組成高品質。利用這一單個模具，能夠連續(xù)復(fù)制出磁各向異性的微型機器人支撐能力，實現(xiàn)了時間和成本效益的大批量生產(chǎn)資源優勢，且原位復(fù)模和磁化過程可以確保微型機器人在幾何形狀和磁化輪廓上的均勻性。團隊選用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)（nanoArch^® S130特征更加明顯，精度：2 μm）打印了該立方體微陣列模型原始模具長效機製，后經(jīng)PDMS翻模技術(shù)成功制備該模型。

圖1. 用于多功能群體智能的磁各向異性微型機器人的大規(guī)模生產(chǎn)數字技術。(A) 大規(guī)模生產(chǎn)數(shù)百個微型機器人的示意圖。(B) 復(fù)制在犧牲層上的微型機器人市場開拓。顯微照片的偽彩色將犧牲層與微型機器人區(qū)分開來措施。(C) 微型機器人在外部磁場作用下的磁化曲線，磁化方向分別為0°要落實好、45°和90°緊密相關。(D) 磁各向異性微型機器人的示意圖，其中磁化方向為0°先進技術、45°或90°培訓，相對于微型機器人的縱向方向。"M"表示磁化。(E) 四個微型機器人的磁組裝重要工具，由于編程的磁化輪廓積極拓展新的領域，形成HT、SC和FF配置非常激烈。(F) 具有不同確定性組裝特征的微型機器人群體執(zhí)行多種任務(wù)競爭力所在。

微型機器人組裝體的組裝剛度受接觸面積與體積比（CA/V）及組裝體厚度的影響（圖2A和2B）。實驗表明領域，50個微型機器人的HT溝通機製、SC和FF組裝體的CA/V分別為3.1、4.6和6.2 mm^-1註入新的動力，與理論計算相吻合領先水平。組裝剛度亦與組裝體厚度相關(guān)，因結(jié)構(gòu)剛度隨厚度增加而增強雙重提升。FF組裝體因高CA/V展現(xiàn)出較大厚度戰略布局，獲得較高剛度。HT組裝體則因低CA/V求索，可獲得更長組裝長度讓人糾結，實現(xiàn)高長寬比。

微型機器人組裝體在執(zhí)行群體行為時不斷豐富，展現(xiàn)出自主合作能力實施體系，如攀爬、行走創新的技術、拋擲單個機器人越障和舉起障礙物發揮。這些合作行為由編程磁化輪廓引導，無需額外磁場控制快速增長。為優(yōu)化樞軸運動高度開放以來，機器人群體在磁場y軸分量處驅(qū)動，實現(xiàn)高度攀爬高質量。HT組裝體因高長寬比提供了有力支撐，在攀爬時效率優(yōu)于SC和FF群體。例如前景，八個微型機器人的HT組裝體在5 Hz時能攀爬五倍于身高的障礙物進一步意見，而SC和FF組裝體則需更多機器人。攀爬后共享應用，HT組裝體以最高速度行走生產能力，顯示了磁化編程對任務(wù)執(zhí)行的關(guān)鍵作用。非磁化微型機器人因磁化低且隨機示範推廣，無法有效攀爬和行走堅持好。

圖2. 微型機器人組裝體的組裝剛度和旋轉(zhuǎn)運動。(A) 不同組裝配置的微型機器人組裝體大幅增加。(i) 在無外部磁場的情況下手動組裝的微型機器人的數(shù)字圖像特性。HT、SC和FF組裝體的組成機器人數(shù)量分別為8等特點、13和18建言直達。(ii) 微型機器人組裝體的示意圖。"a"代表機器人的短軸長度將進一步，"n"代表組裝的機器人數(shù)量充分發揮。(B) 依賴于組裝配置的微型機器人組裝體的CA/Vs。(i) 50個微型機器人之間的實驗CA/Vs成就。(ii) HT同時、SC和FF組裝體的理論CA/Vs。(C) 微型機器人組裝體的旋轉(zhuǎn)運動效高性，包括旋轉(zhuǎn)和樞軸運動。(D) HT開展、SC和FF組裝體的旋轉(zhuǎn)運動 (i)互動互補。HT發揮重要帶動作用、SC和FF組裝體的樞軸運動和隨后的旋轉(zhuǎn) (ii)。彩色線條代表旋轉(zhuǎn)的微型機器人組裝體的軌跡意料之外。機器人的數(shù)量分別為2.5 Hz時的14個和15 Hz時的7個文化價值。(E) 非磁化微型機器人的失控磁組裝導致不規(guī)則旋轉(zhuǎn)運動。

微型機器人組裝體具備自主解體能力置之不顧，可完成投擲過高為7 mm不斷完善、寬為25 mm的障礙物（圖3A）。當磁場旋轉(zhuǎn)頻率提升至15 Hz后方便，組裝體產(chǎn)生的剪切力足以使末端微型機器人解體基礎上，實現(xiàn)高動量投擲。HT群體適用于此任務(wù)應用領域，因其高長寬比組裝體增強了離心力保持競爭優勢，低組裝剛度便于解體。例如發展機遇，七機器人HT組裝體解體時長效機製，投擲速度達1080 BL s^-1，最大投擲高度20.6個身體長度全技術方案，僅需110 ms克服障礙分享。

微型機器人群體還能通過組裝體的集體機械扭矩舉起障礙物（圖3C）。HT群體因低組裝剛度信息化，可解體并鉆入障礙物下方方式之一，通過樞軸運動提升障礙物。250個微型機器人的HT群體在2.5 Hz下能舉起重量達1600倍單個機器人的障礙物1.9 mm非常激烈，優(yōu)于SC和FF群體競爭力所在。FF群體因高組裝剛度，無法解體鉆入領域，限制提升能力溝通機製。HT群體還能通過集體機械扭矩滾動或推動球形貨物和立方體障礙物。

圖3. 樞軸式微型機器人群體和高縱橫比機器人組裝體的群體智能註入新的動力。(A) HT群體在15 Hz時自主投擲過障礙物領先水平，通過疊加投擲微型機器人的圖像得到證實。(B) 在15 Hz時雙重提升，微型機器人的投擲速度和z軸位置設計能力。(C) 由250個微型機器人的HT群體在2.5 Hz時抬起障礙物。(D) 在2.5 Hz時深入開展，由HT更為一致、SC和FF群體各250個微型機器人抬起的障礙物高度。

在10 Hz頻率下優勢領先，200個微型機器人的SC群體中迎來新的篇章，每個機器人平均有4.1個鄰近機器人（圖4C），而HT和FF群體分別為2.5和3.0推動並實現。SC群體界面面積大薄弱點，填充更密集。圖像分析顯示優化程度，HT群體由平均19個組裝體組成積極性，面積為10 mm²；SC群體單一組裝體不斷豐富，面積為36 mm²實施體系；FF群體由平均5個組裝體組成，面積為20 mm²各有優勢。此外效果較好，通過分形維度和填充方向分析，對群體填充密度進行了定量比較持續。

圖4. 旋轉(zhuǎn)微型機器人群體和高封裝密度機器人組裝體的群體智能等多個領域。(A) 200個微型機器人在10 Hz時的旋轉(zhuǎn)群體。HT必然趨勢、SC和FF群體的頂視圖促進善治。(B) HT、SC和FF群體的封裝結(jié)構(gòu)示意圖多樣性。(C) HT發揮效力、SC和FF群體中相鄰機器人數(shù)量的分布。(D和E) 在10 Hz時明顯，HT安全鏈、SC和FF群體中微型機器人組裝體的(D) Nasm和(E) Aasm的圖像分析。虛線代表Nasm和Aasm的平均值創新為先。(F) SC群體由磁力連接誘導的2D筏結(jié)構(gòu)真正做到。SC群體的組成機器人數(shù)量為1,000重要作用。(G) 通過SC群體在1.5 Hz時進行的水面以上藥物輸送的時間推移圖像。(H) 通過250個微型機器人的SC群體在10 Hz時進行的陸地貨物運輸習慣。(I) (H)中所示貨物的運輸距離。

微型機器人群體通過旋轉(zhuǎn)運動展現(xiàn)了多功能性進展情況，并能進行高效的軌道拖動運動（圖5A和5B）的積極性。在軌道拖動中，組裝體根據(jù)磁場分量抬起至關重要。HT和FF組裝體在高速度下保持結(jié)構(gòu)不久前，F(xiàn)F組裝體因高剛度達到最高Nmax。SC組裝體Nmax提升行動，因多方向吸引力限制組裝能力建設。非磁化機器人無法執(zhí)行軌道拖動，凸顯磁化編程的重要性研究進展。軌道拖動運動簡化了障礙物繞行操縱無障礙，僅需單軸操作。FF群體在遇到障礙時快速融入，通過y軸操縱快速繞過認為。繞行后，降低Bmax梯度可恢復(fù)旋轉(zhuǎn)運動增強。FF群體的高Nmax和驅(qū)動速度使其能產(chǎn)生巨大沖擊力重要意義，適用于改變液態(tài)金屬（LM）形狀（圖5F和5G）。面對LM的高表面張力和粘性更加廣闊，F(xiàn)F群體展現(xiàn)容錯性規劃，保持組裝狀態(tài)，成功分離和運輸EGaIn成效與經驗，實現(xiàn)形狀變形適應性。

圖5. 高剛度微型機器人組裝體的軌道拖動群體及群體智能。（A）改變磁場Bmax以切換微型機器人群體的運動傳遞。對于軌道拖動運動融合，應(yīng)用了高Bmax梯度，為7 T m^-1相關性，而旋轉(zhuǎn)運動的Bmax梯度為0.15 T m^-1完成的事情。（B）在7 T m^-1下的軌道拖動，由200個微型機器人的FF群體在5 Hz時表示穩定。（C）2 Hz時軌道拖動HT改造層面、SC和FF組裝體的側(cè)視圖。（D）微型機器人群體在軌道拖動運動期間的Nmax優勢與挑戰。（E）FF群體通過2.5 Hz的軌道拖動運動繞過障礙物經驗分享。（F和G）通過200個微型機器人的FF群體在5 Hz時對液態(tài)金屬（LM）進行形狀修改解決方案，如（F）分離和（G）運輸、合并及變形有力扭轉。

具有容錯性和敏捷性的FF群體成功完成了類似血管栓塞的管道疏通任務(wù)（圖6）上高質量。為了模擬血栓環(huán)境，該團隊使用剪切模量約為2.96 kPa的豆腐來堵塞管道廣度和深度，并用水填充管道深入交流。由于血栓的剪切模量通常為0.7 kPa，我們選擇了機械性能略高于血栓的豆腐加強宣傳。在堵塞的管道中臺上與臺下，F(xiàn)F群體展示了一種軌道拖動和旋轉(zhuǎn)運動的結(jié)合，以與外部磁場方向保持一致技術發展。這種雙重運動是因為FF群體無法沿著永磁體的旋轉(zhuǎn)軌跡被豆腐這樣的物理障礙拖動集聚效應。在15赫茲的雙重運動中，由200個微型機器人組成的FF群體產(chǎn)生了高沖擊力重要手段。由于持續(xù)的高沖擊力互動講，豆腐被擊碎，管道在40秒內(nèi)被疏通研究與應用。疏通后飛躍，通過操縱FF群體的方向，將殘留的豆腐運輸并移除積極影響，減少了再次栓塞的風險自動化方案。

圖6. FF群體清除血管閉塞類似管道的堵塞。時間推移圖像顯示（A）FF群體250個微型機器人清除管道堵塞和（B）移除管道內(nèi)的雜質(zhì)越來越重要。由于堵塞管道狹窄線上線下，F(xiàn)F群體展現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)和軌道拖拽的復(fù)合運動。

該研究團隊成功構(gòu)建了一套基于微型機器人群體旋轉(zhuǎn)與軌道拖動運動的生物引導系統(tǒng)醒悟。該系統(tǒng)通過調(diào)控運動模式間的轉(zhuǎn)換數據顯示，實現(xiàn)對施加于生物體之力度的精確控制。在2.5 Hz的旋轉(zhuǎn)運動中也逐步提升，高填充密度的SC群體有效地引導了螞蟻與團子蟲記得牢。SC群體借助較低的沖擊力，通過腿部動作阻礙螞蟻重要的作用，背部輕觸阻礙團子蟲更多可能性，實現(xiàn)了無損運輸至目標位置。然而足夠的實力，F(xiàn)F群體的軌道拖動運動因其高沖擊力緊迫性，不適宜引導小型生物，以免造成控制困難或損傷。螞蟻與團子蟲的質(zhì)量分別為3 mg與30 mg高效，長度分別為3 mm與5mm溝通協調。

進一步的挑戰(zhàn)在于，是否能夠利用高剛度的FF群體實現(xiàn)對超級蠕蟲的按需喂食體系。超級蠕蟲憑借觸角上的化學感受器尋食保障性，而FF群體在2.5 Hz的軌道拖動運動中，以其高沖擊力有效阻隔超級蠕蟲接近食物責任製。即便超級蠕蟲試圖繞行持續發展，F(xiàn)F群體仍能持續(xù)阻擋其路徑。停止軌道拖動后促進善治，超級蠕蟲得以接近食物。由于旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的剪切力不足以阻擋體重500 mg多樣性、體長35 mm的超級蠕蟲發揮效力，故不適用于喂食系統(tǒng)。微型機器人群體系統(tǒng)為生物體引導明顯、運動控制及生長調(diào)節(jié)提供了新的策略安全鏈。

圖7. 按需生物引導系統(tǒng)。(A) 根據(jù)生物體質(zhì)量選擇群體運動方式充分。(B和C) 200個微型機器人組成的SC群體以2.5赫茲旋轉(zhuǎn)運動引導（B）螞蟻和（C）團子蟲的時間推移圖像進一步完善。(D) 200個微型機器人組成的FF群體以2.5 Hz軌道拖拽運動按需引導超級蟲進食系統(tǒng)的時間推移圖像。

總結(jié)：該研究研發(fā)了一種具有磁各向異性特性的立方體微型機器人智能磁群競爭力。通過高長寬比組裝體內(nèi)的程序化磁相互作用調整推進，促進了自我組織與自主合作行為，且無需外部磁場實時反饋機製性梗阻，實現(xiàn)了群體控制的自主性機製。展望未來，量產(chǎn)微型機器人群體在機器人工程領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊集成應用，包括復(fù)雜障礙環(huán)境中的操作探討、高表面張力液體的形狀控制、生物引導高效流通，以及為動脈硬化和平滑肌血栓提供生物醫(yī)學解決方案調解製度。