這是香港城市大學的最新研究成果——一個具有多腿結構的鐵磁水凝膠微型機器人milli-robot。
三年前的《自然通訊》中，milli-robot就曾進入大家的視線，它的身長不足2厘米，扁平的身體下布滿了細小的尖頭狀的腳，外形酷似毛毛蟲，不僅運動靈活，還具有極強的地形適應能力，可以在器官內壁或在完全被液體淹沒的情況下自如行動。
同時，它能夠承載比自身重100倍的載荷，這種強度可與螞蟻相媲美，具有相當于一個人舉起26座小巴士的力量！
最近，milli-robot再度進化，研究團隊為其更換了新的“身體”，可以在進入人體后的48小時內完全生物降解，為藥物輸送和其他生物醫學應用開辟新的可能性。
▍水凝膠&磁顆粒，可隨意更改腿部結構
一些軟體微型機器人已經被開發用于各種生物醫學應用，它們獨特的結構使其能夠在胃腸道凹凸不平的組織中移動；有朝一日，它們甚至可以涂上藥物溶液，并將藥物準確地輸送到身體需要的地方。
然而，大多數微型機器人是由不可降解的材料制成的，例如硅膠，這意味著如果在臨床應用中使用它們必須通過手術切除。此外，這些材料不是那么靈活，并且不允許對機器人的特性進行太多微調，從而限制了它們的適應性。
為了解決以上問題，研究人員選擇豬皮的生物相容性明膠和鐵（II，III）氧化微粒，形成磁性水凝膠來制作機器人，不僅可以實現生物降解，這種水凝膠可以很容易地拉伸到原始長度的200%，其中充足且自對準的磁性微粒還能在磁場輸入下快速響應。
將磁性水凝膠放在永磁體上方可以讓溶液中的微粒將凝膠向外推，沿著磁場線形成昆蟲狀的“腳”，磁鐵放置的不同位置可以改變腿的形狀，比如放遠一點，機器人的腳會更少更長。
通過氧化鐵微粒在凝膠內形成磁鏈，這些小腳可以沿磁場方向進行磁化，并能在施加外加磁場時產生磁力矩從而控制其彎曲，產生爪狀抓握動作。
最后一步是將材料浸泡在硫酸銨中以引起水凝膠中的交聯，使其更加堅固。改變各種因素，例如硫酸銨溶液的成分、凝膠的厚度或磁場的強度，研究人員可以調整機器人的特性。
▍多種形式攜帶藥物，48小時內完全降解
為了試驗機器人未來在人體中的應用，科研人員制作了一個胃部模型，讓機器人攜帶藥物進入胃部。它可以以多種形式攜帶藥物，比如用柔軟的腳“抓”住一個膠囊，工作步驟大概分幾步：夾持、滾動、打開、翻轉和釋放。
機器人在夾持運動中保持完全包裹的狀態，可由磁鐵繞z軸逆時針旋轉驅動；當磁鐵向前旋轉時，機器人開始滾動起來；接下來，磁鐵沿著y軸向下移動，并逐漸張開身體，恢復到初始狀態，通過操作磁鐵繞x軸順時針旋轉，機器人就會被翻轉，為卸貨做準備。此時地面上的機器人由其雙腿支撐，可以通過類似夾持的動作執行貨物釋放。
除了固體藥物外，機器人還可以通過三維（3D）交聯聚合物網絡攜帶藥物，簡單來說，就是把“腳尖”浸入藥物中，然后在進入人體后，可將藥物溶于體內。
在胃模型中，通過夾持運動，腿在滾動過程中不會接觸胃壁，藥物也不會被釋放。達靶區后，腿部通過翻轉運動與水接觸，藥物通過自由擴散釋放到水中；2h后，機器人開始明顯降解，在12 h內幾乎分離成小塊；48 小時后，已經看不到機器人的結構，只剩余少量的磁性微粒。
這篇文章發表在《ACS Applied Polymer Materials》(ACS應用高分子材料) 期刊上，文章標題為“Soft Tunable Gelatin Robot with Insect-like Claw for Grasping,Transportation, and Delivery”。
研究人員表示，“極強的攜帶能力，高效的運動和良好的越障能力，使這款毫機器人非常適合在惡劣環境中使用，例如通過消化系統將藥物輸送到指定地點，或進行醫療檢查，并且它完全可生物降解，可以為藥物輸送等生物醫學應用提供新的可能性。”
論文傳送門：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsapm.2c00522
