北卡羅來納州立大學(NC State)的研究團隊,近期公開了一項創新的3D列印技術,這標誌著軟體機器人領域向前邁出了重要一步。這項開發的核心在於創造出超薄的磁性薄膜,它們的功能猶如「磁性肌肉」,可以直接整合到摺紙結構的機器人之中。這項技術於2025年9月問世,成功解決了先前系統中的一個關鍵限制:傳統剛性磁性致動器缺乏彈性,容易破壞軟體表面的完整性。透過這項新方法,研究人員得以在不犧牲機器人固有柔韌性的前提下,實現精確的運動控制。
這項新穎的製程方法,由威爾遜紡織學院的副教授方曉萌(Xiaomeng Fang)參與開發,其基礎是將鐵磁性顆粒與橡膠基聚合物進行共擠壓。最終形成的彈性薄膜,當應用於摺紙機器人的關鍵部位時,能夠在外加磁場的作用下產生可控的運動。同時,它完美地保持了結構本身的順應性。參與此項目的研究團隊成員還包括張森(Sen Zhang)、李遠(Yuan Li)、李子萌(Zimeng Li)、納比爾·切迪德(Nabil Chedid)、張佩琪(Peiqi Zhang)和程可(Ke Cheng)。他們的共同努力,使得這種高彈性、可控的磁性組件得以實現。
為了驗證這項技術的潛力,研究團隊展示了兩種不同的模型,兩者皆採用了三浦折疊(Miura-Ori)的摺疊圖案。第一個範例是專為非侵入性藥物輸送設計的機器人。在模擬胃部的測試環境中——一個裝有溫水的塑膠球體內——研究人員透過磁場精確地引導機器人到達模擬的潰瘍病灶。一旦定位完成,外部附著的柔軟磁性薄膜便會啟動,使裝置展開,從而實現藥物的精確釋放。這種方法為更安全的醫療干預措施開闢了道路。
第二個展示模型則展現了其爬行移動的能力。這款機器人能夠克服高達7毫米的障礙物。它透過外部磁場的啟動與停用,使其「肌肉」收縮和放鬆,從而實現移動。這種在運動上的高度適應性,凸顯了該技術的廣泛通用性。方曉萌教授指出,這些磁性肌肉可以應用於多種不同的摺紙結構設計,為生物醫學和太空探索等領域的複雜問題提供了解決方案。這項工作將軟體系統的控制提升到了一個新的層次,其中機器人的運動直接響應外部的控制作用力。