受鱼类多样性启发的多软体毫米机器人系统：形态编码实现精准控制

本文介绍了一种受海洋鱼类形态多样性启发的软体微型机器人（MPMR）系统，旨在解决在人体消化道等狭窄液态环境中同时操控多个微型机器人时面临的难题。传统方法往往依赖复杂磁场或特殊环境结构来实现独立控制，但操作难度大、适应性差。本研究另辟蹊径：不再追求‘让磁场变复杂’，而是让机器人自身‘长得不一样’——通过精确设计每个机器人的两个关键形态特征：（1）前磁性段与后柔性段的长度比（AP比），（2）整体身体轮廓（如流线型、矩形或鱼尾型）。实验和流体-结构耦合（FSI）仿真表明，AP比为1:1且呈流线型的机器人推进效率最高：其滑移率（衡量能量利用效率）比极端比例（如1:4）高出233%，喷射水流角度更小、尾部侧向速度更高，意味着更少的能量浪费在横向晃动上，更多能量转化为向前推力。更重要的是，不同形态的机器人对同一交变磁场的频率响应截然不同——例如，AP-14型在3–6 Hz高效，AP-11型在1–6 Hz都稳定，AP-41型则在2–5 Hz表现最佳。研究人员巧妙利用这一‘形态编码’特性，仅通过调节磁场频率（如1 Hz、2 Hz、3 Hz、6 Hz），就能像‘调台’一样，依次激活特定机器人，实现分时复用的闭环控制。在体外液体环境和离体猪胃、猪小肠、大鼠肠道组织中，三类不同形态的机器人均能被精准引导至不同目标区域，并通过局部注入柠檬酸钠溶液触发其海藻酸钙身体溶解，释放携带的蓝色、绿色、红色荧光示踪剂，验证了多靶点、高时空精度的药物递送可行性。该方法不依赖外部环境改造或空间不均匀磁场，控制逻辑稳健，尤其适合黏附性强、结构多变的生物组织，为未来体内微创诊疗机器人提供了可扩展、易部署的新范式。