在体内像微生物一样移动并非易事。细菌和其他在体内蠕动的小生物经常需要依靠自身力量在稠密、粘稠的环境中前进。对人类来说，这就像一个人笨拙地试图在蜂蜜池中游泳。大自然已经为这个棘手的问题找到了巧妙的解决方案。例如，大肠杆菌利用螺旋桨式运动穿过污垢，而鞭毛则扭曲身体向前摆动。
现在，受这种自然适应的启发，坦佩雷大学和安徽建筑大学的研究人员创造了一种新的甜甜圈形微型机器人，它能够自主导航穿过粘液和其他黏糊糊的物质。这种微型机器人设计，他们认为有一天可以用于通过粘液输送药物，实现了近五十年前首次概念化的外形。研究人员本周在《Nature Materials》杂志上发表了他们的研究成果。
视频：在斯托克斯流态下，在三维空间中无绳游泳。图片来源：Zixuan Deng，坦佩雷大学
该机器人长仅一毫米，呈“环形”（或甜甜圈形），允许厚重、粘稠的物质穿过其暴露的中心。但仅仅形状并不能让机器人移动。为了实现这一点，研究人员转向了一种名为液晶弹性体的合成材料。暴露于光照或热刺激会导致这种材料开始自主旋转。研究人员使用热板对涂有弹性体的机器人施加恒定的热量，并发现他们可以使其在环境中向前推进。
一旦暴露于光照或热量，机器人就处于“自给自足的运动”状态，研究人员称这使其能够自主移动。但它也可以被引导。研究人员发现，通过改变光照或热量的暴露量，他们可以诱导甜甜圈机器人向特定方向移动。同样，通过完全切断其光照和热量来源，他们可以使机器人停止。根据特定环境导航的最佳方式，机器人还可以自主地在滚动模式或自推进模式之间切换。
这种类似甜甜圈的设计，虽然是小型软体机器人的首创，但并非全新的概念。这种形状的设计归功于物理学家 Edward Purcell 在 1977 年。Purcell 认为环形身体形状可以提高微生物在“斯托克斯流态”中的导航能力，斯托克斯流态是指粘滞力大且惯性很小的区域。这个小型机器人证明了这一普遍想法是正确的。
视频：ZEEM 圆环在陆地上行走。图片来源：Zixuan Deng，坦佩雷大学
利用微型机器人通过鼻涕输送药物
尽管尚处于早期阶段，但这种微型甜甜圈机器人有望在实验室之外获得实际应用。坦佩雷大学博士后研究员、该论文的合著者之一 Zixuan Deng 认为，这项底层技术可以被未来的医生用于通过粘液输送药物，甚至帮助疏通血管。
Deng 在一份声明中表示：“这项研究的意义不仅限于机器人领域，还可能影响医学和环境监测等领域。”
这并非科学家首次考虑将小型机器人送入人体。十多年来，研究人员设计了小型“纳米机器人”，它们可能能够携带物质穿过身体，甚至到达大脑和眼睛等特别敏感的区域。最近，麻省理工学院的研究人员创造了一种类似黄瓜的软体机器人，它可以通过类似毛毛虫的运动在血管中向前推进。微型甜甜圈机器人更进一步，它引入了一种在特别粘稠、粘滞的区域移动的方法，其结构复杂度低，只需光照或热量即可使其移动。换句话说，能够穿越鼻涕的医疗机器人可能离现实又近了一步。
