北卡罗来纳州立大学(NC State)的一个研究团队在软体机器人领域取得了里程碑式的进展,他们推出了一种创新的3D打印技术。这项技术的核心在于制造超薄的磁性薄膜,这些薄膜能够像“磁性肌肉”一样运作,并直接集成到折纸结构的机器人中。这项成果于2025年9月公布,它成功克服了传统系统中存在的关键瓶颈——即僵硬的磁性执行器会破坏软体表面的完整性和柔韧性。
这项新颖的方法由威尔逊纺织学院的副教授方晓萌(Xiaomen Fang)参与开发,其原理是基于橡胶聚合物与铁磁性颗粒的共挤出工艺。通过这种方式,研究人员得以形成一种高弹性的薄膜。当这些薄膜被策略性地附着在折纸机器人的关键部位时,它们能够在外部磁场的作用下实现精确控制的运动,同时完美地保留了结构固有的可弯曲性与顺应性。参与该项目的核心团队成员还包括张森(Sen Zhang)、李远(Yuan Li)、李子萌(Zimeng Li)、纳比尔·切迪德(Nabil Cheddid)、张佩琪(Peiqi Zhang)和程可(Ke Cheng)。
为了验证这项技术的巨大潜力,该团队展示了两个基于“三浦折叠”(Miura-Ori)图案设计的模型。第一个模型旨在实现非侵入性的药物递送。在模拟胃部环境的测试中——即在一个装有温水的塑料球体内部——研究人员利用外部磁场将机器人精确地引导至模拟的溃疡病灶。一旦定位,通过外部附着的柔软磁性薄膜,设备便能展开,实现药物的精准释放。这一突破性进展为未来更安全、更具靶向性的医疗干预手段铺平了道路。
第二个演示模型则着重展示了其在复杂环境中的爬行移动能力。通过有节奏地激活和停用外部磁场,机器人能够使其“肌肉”收缩和放松,从而有效地克服高达7毫米(7 mm)的障碍物。这种在运动中展现出的高度适应性,充分彰显了该项开发的通用性与可靠性。方晓萌教授指出,这些柔性磁性肌肉可以应用于各种不同的折纸结构设计,为生物医学和太空探索等领域中的复杂任务提供了广阔的前景。
简而言之,这项工作将软体系统的控制提升到了一个全新的层次。机器人的运动不再依赖于内部复杂的机械结构,而是直接响应外部控制作用力。这种由3D打印柔性磁性执行器驱动的折纸机器人,无疑是软体机器人技术发展中的一次重大飞跃,预示着未来机器人在柔性、可控性和应用范围上将实现质的突破,开启了软体驱动的新纪元。
