近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫工所納米調控研究中心杜學敏團隊與智能仿生中心吳新宇和徐天添團隊合作，研發出受章魚啟發的多功能微型軟體機器人，集成多模態運動、可控變形、光學偽裝、可視化感知環境等功能於一體，極大提升了軟體機器人在複雜限域空間內運動與執行多重任務的能力。研究成果以 Reconfiguration, Camouflage and Color-shifting for Bioinspired Adaptive Hydrogel-based Millirobots 為題，發表於《先進功能材料》（Advanced Functional Materials)。研究員杜學敏、助理研究員崔歡慶、副研究員徐天添為共同第一作者，杜學敏與吳新宇為共同通訊作者，深圳先進院為唯一通訊單位。
自然界中存在多種動植物能夠動態地改變自身的形貌、外觀、尺寸以適應外界環境的變化或躲避天敵。受自然界啟發，研究者們開始模仿動植物的功能來構築仿生軟體機器人來執行特定的任務。然而，已有報導的微型軟體機器人由於機器人結構設計及材質選擇限制，導致大多微型軟體機器人欠缺自適應特性，極大限制其應用。
基於杜學敏團隊前期在智能變形與變色材料的研究基礎（Research, 2019, 2019, 6398296;Matter, 2019, 1, 626;Adv. Mater.2017, 29, 1702231;Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1801027;J. Mater. Chem. A,2018, 6, 24748；Adv. Mater. Technol., 2017, 2, 1700120），研究團隊通過仿生章魚，創新性地提出分段式結構設計：將磁響應釹鐵硼顆粒僅設計在溫敏性水凝膠的頭部，作為驅動單元；將反蛋白石多孔結構設計在透明的溫敏水凝膠的尾部，作為功能單元。通過實時調控磁場方向與頻率，微型軟體機器人展現出爬行、滾動、擺動、螺旋性推進等多模態運動，能夠精準地穿梭通過2 mm高的隧道，及450 μm寬的狹窄通道；與此同時，在遇到孔洞尺寸比機器人自身尺寸還小時，微型軟體機器人在光熱作用下甚至可以縮小至原身體尺寸的35%，進而自由穿過小於自身尺寸的狹窄空間；更有意思的是，由於水凝膠的高透明性，從而使得微型軟體機器人在複雜環境裡具有優異的光學偽裝功能，而且當環境溫度變化時，反蛋白石多孔結構的尾部還能通過顏色變化實時感知周邊環境溫度變化。這種集成智能材料的微型軟體機器人不僅為新一代軟體微型機器人設計提供了新的思路，而且融合材料智能特性與機器人運動功能有望拓展在生物醫學、環境監測等多個領域應用。
該系列研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然基金、廣東省、深圳市等的科技項目資助。
圖：多功能微型軟體機器人的構築及其多模態運動、變形、偽裝、變色等多功能
來源：中國科學院深圳先進技術研究院