小編今天竟然親眼目睹辦公用品成精，會自己走路了！電話線自己會爬，有圖有真相：
回形針也像是長出了腿，大步流星，昂首闊步地走着：
我不會出現幻覺了吧？再揉揉眼仔細一瞧，什麼嘛？原來是機器人。
雖然外表看着不像，不過它确實是貨真價實的機器人，屬于軟體機器人的一種，而且來頭還不小，這是麻省理工學院（MIT）的最新研究成果，除了走路之外，還會遊泳！
不知道你有沒有注意到，這個小機器人在運動時沒有外接任何電纜或者裝置，那它是怎麼做到運動自如的呢？
答案就是：磁場。
以上其實是 ⌈三維磁性軟體機器人⌋，結合了纖維執行器和磁性彈性體，利用單向磁場控制，可以實作爬行或走路等多種運動模式，還能充當貨物運輸工具，未來能夠在複雜難以部署的受限環境中得到很好的應用。
除了機器人的表現外，它的制作方式和控制方法也是相當創新的，其可擴充能力甚至能夠達到同時制造一千多個機器人，解決了目前磁性機器人的制造難題！
▍磁性機器人制造與控制方法的難題
在軟體機器人領域中，驅動方式的選擇會直接影響機器人的表現和功能。
磁場比光、壓力、熱、電場等更具有優勢，因為磁場環境的部署不受任何束縛，也不受材料的限制，就連弱磁場也能穿透非磁性和弱導電媒體。相比之下，光、壓力、熱和電場等其他驅動方式無法穿透某些物質，或者需要更高的能量消耗。
這些優勢激發了大量的磁性軟體機器人研究，應用于外科、活檢、藥物。盡管如此，磁性軟體機器人依然受到制造和控制的挑戰。迄今為止，它們主要由二維結構成型或立體光刻工藝，但對于需要更複雜的三維結構的應用來說，目前還沒有簡單快速且可擴充的制造方法。
同時在控制方面，目前磁性軟體機器人大多依靠多個磁鐵或電磁線圈組成的裝置，複雜又笨重，缺少一種可以适應多種機器人的磁場控制方案。
總之，制造方法的創新與控制方案的簡化是目前研究的重中之重，如果真的出現這樣一種方案，不僅可以增強機器人的實用性，還可以擴大其在生物醫學和工程學中的應用。
▍一次造1000多個，靈活擴充超乎想象
說了這麼多，到底MIT是如何解決磁性驅動中制造方法與控制方案的難題呢？
先講制造方法，不難看出，這個像電話線的機器人整體呈螺旋結構，可以看作是一種連續的三維結構，研究人員利用了兩種具有不同變形能力的彈性體：SEBS（苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯）和COCe(環烯烴共聚物彈性體)，将兩種彈性體組合成空心結構，内部空心填充帶有鐵磁性的複合材料。
空性結構的一側是 SEBS,另一側是COCe，然後進行數百米的熱拉伸，彈性體可以承受超過 600%的應變，由于COCe的塑性變形比 SEBS 大，在熱拉伸和儀器處理後，可以自然形成螺旋狀結構。
到這裡，一個具有磁控能力的“電話線”軟體機器人就初步成型了，但要想要讓其按需運動，還得規定它的運動方式，比如模仿毛毛蟲的蠕動前行。
研究人員對“電話線”進行了永久磁化，他們将其放在模具上并施加強力磁場，這樣一根沒有靈魂的“電話線〞 就有了像毛毛蟲一樣的頭部、身體和尾部，這樣在施加不同強度的磁場時，機器人可以用不同的速度爬行。
改變一下永久磁化的姿勢和部位，機器人還能實作雙足運動。機器人類似于“回形針”結構，具有兩個“腳”和一個“關節”。當站立起來用“雙腿”行走時，腳部的螺旋線圈負責增加與地面的接觸摩擦，關節負責讓兩條腿向相反方向撐開。
這是一種非常靈活的制造方式，可擴充和程式設計能力非常強，對于固定的架構，可以大規模制造多個機器人。例如，多個磁性彈性纖維段可以同時拉伸，還可以同時在大體積電磁鐵中永久磁化，這樣一來，甚至能夠實作在一個步驟中制造1000多個軟機器人，大大簡化了開發過程！
▍單向磁場靈活部署
除此之外，這種結構也能夠簡化磁場環境的部署，隻需要固定電磁鐵施加的單向磁場就足夠了。“電話線”機器人處于運動平面正交的磁場中，随時間在 0 到 45 mT 之間、頻率高達 10 Hz 呈正弦變化。
在毛毛蟲的運動模式中，當磁場增加時，頭、身體和尾部之間的吸引力會産生雙重折疊，進而産生應變，通過改變振蕩場的頻率，可以增加折疊循環的次數和爬行速度。
雙足行走模式的磁場環境則略有不同，施加的不是正弦波，而是傳遞鋸齒波，磁場從0增加到23-25mT，然後急劇下降到0mT，進而在每個周期中快速釋放彈性能量。
利用磁場的切換，還能實作貨物的裝載和釋放，或機器人之間的協同工作，舉個簡單的例子：兩個機器人向相反的方向行走。
▍研究者介紹
這項研究發表在《Advanced Materials》（先進材料）雜志中，論文标題為“Magnetically Actuated Fiber-Based Soft Robots”（磁驅動纖維軟體機器人）。
文章的第一作者是MIT的博士後研究員Youngbin Lee，2022年博士畢業于MIT，在科研工作期間，Youngbin 解決了打破纖維軸對稱性的重大工程挑戰，以後将繼續使用纖維來建構可穿戴傳感器和機器人。
在論文的作者一欄中，還出現了一個熟悉的名字——趙選賀教授。
趙選賀是MIT的終身教授，師從國内著名力學家鎖志剛院士。趙選賀教授長期緻力于推動人機互動和融合科技，Google Scholar顯示他發表的文章總被引次數超過了17000次，H因子為63。目前，趙選賀課題組的研究成果已經産生了廣泛的社會影響。
這項研究成果對于軟體機器人的發展和應用具有重要意義，尤其是在受限環境中的應用，如外科手術、藥物輸送和活檢等。通過創新的制造和控制方法，磁性軟體機器人有望在未來發揮更大的作用，為解決複雜任務和應用中的挑戰提供新的解決方案！