让微型机器人在黏稠多相环境中自由活动

本文介绍了一种名为RoboIMP的新型无线磁控微型机器人，专门解决微型机器人在高阻力多相介质（如固液混合物SLM、固体颗粒介质SGM）中难以移动的难题。传统微型机器人受限于尺寸缩小带来的力学输出衰减——按磁力缩放规律，其输出力随尺寸立方急剧下降，导致在泥浆、沙土等复杂环境中推力不足、易被卡住。RoboIMP创新性地采用‘冲击驱动’机制：内部两个永磁球（PM1和PM2）在外部旋转磁场（由大磁体PM0产生）作用下发生可控磁相互作用，使主动磁球PM1沿管腔反复弹跳撞击两端，产生最高达3.26牛的瞬时冲击力——这突破了同尺寸传统磁机器人的理论力上限。更重要的是，该冲击伴随高频往复振动，能有效‘液化’周边颗粒介质，大幅降低运动阻力（实测降幅达13倍）。实验表明，RoboIMP可在水、血液、甘油溶液等液体中稳定行进；更关键的是，它成功实现了在玉米碎屑-水混合泥浆、玻璃珠/沙/豆粉等不同颗粒介质中的三维自主导航，包括拐弯、上行钻探、越障和载货运输。研究还为其集成螺旋抓取头和微型内窥镜模块，演示了管道清堵、异物抓取及在离体猪小肠内含人工食糜环境下的可视化导航。该机器人可在距驱动磁体最远60毫米处稳定工作，具备远程操控、多模态运动（冲击推进、扭矩旋转、混合模式）和良好生物相容性，为未来微创医疗、工业管道检测与维护等受限空间作业提供了全新技术路径。