基于微柱预应变弹性体的磁性，微尺蠖机器人设计又有了新发现。

这种新型微柱预应变MAE尺蠖微型机器人模仿了生物尺蠖的运动方式，利用磁力矩和弹性恢复力来实现更自然的爬行动作。

下面详细描述这一创新设计及其背后的原理。

仿生设计的灵感

科学家们一直试图让软体机器人像真正的生物一样灵活自如地移动。

现有的磁性活性弹性体（MAE）尺蠖机器人虽然能够模仿尺蠖的外形，但其运动机制与真实的尺蠖相差甚远。

真实尺蠖通过纵向“肌肉”收缩和放松来拉动身体，而现有机器人则依赖于外部磁力矩来推动或拉动柔软的身体。

这种方式不仅效率低，还限制了机器人的运动灵活性。

为了克服这些局限，研究人员提出了一种全新的微柱预应变MAE尺蠖微型机器人。

这种设计引入了预应变的弹性体作为预负荷肌肉，模拟真实尺蠖的纵向肌肉功能。

同时，微柱充当小脚，在运动过程中锚定身体，使机器人能够更稳定地前进。

这一设计不仅简化了制造工艺，还使得机器人在运动机制上更加接近真实的尺蠖。

材料选择与制造过程

为了让机器人具备柔软、无束缚的身体，研究人员选择了磁性活性弹性体（MAE）作为主体材料。

相比形状记忆合金（SMA）、介电弹性体（DE）、压电材料（PEM）和液晶弹性体（LCE），MAE具有更好的小型化能力和柔软特性，且不需要额外的束缚设备。

虽然LCE是一种很有前途的软质材料，但其相变效率低，限制了运动效率。

因此，MAE成为最佳选择。

制造过程中，研究人员首先将钕铁硼/PDMS复合材料旋涂到清洁的玻璃基板上，然后进行固化处理。

最后，通过拉伸弹性体并覆盖双面胶带和PDMS薄膜，完成了机器人的组装。

运动机制与控制

磁尺蠖机器人的运动原理类似于真实尺蠖的爬行方式。

当永磁体放在机器人下方时，机器人会受到磁吸引力的作用，从弯曲状态变为平直状态。

随着永磁体向右下角移动，前腿由于较强的磁力吸引力而锚定，而后腿则因较弱的磁力吸引力而被弹性恢复力拉动向前。

当永磁体向左上角移动时，后腿被磁力锚定，前腿则被推动向前。

通过这种方式，机器人可以像真实尺蠖一样交替收缩和放松“肌肉”，实现连续的爬行动作。

参数优化与性能测试

为了优化机器人的运动性能，研究人员进行了多次实验，研究了长宽比、微柱长度和拉伸长度对机器人运动的影响。

实验结果表明，长宽比为10/5的机器人能够像真实尺蠖一样稳定移动，而其他长宽比的机器人则无法有效锚定或变形。

此外，微柱长度和拉伸长度也对机器人的运动表现产生了显著影响。

具体来说，微柱长度为200-400微米的机器人能够在不同表面上顺利移动，而过长的微柱会导致弹性力过大，阻碍机器人前进。

拉伸长度为1.25毫米的机器人表现出最佳的运动效率，步长较大且稳定性好。

实际应用与前景

这种新型磁尺蠖机器人不仅在制造工艺上更为简单，还能够在潮湿表面和倾斜平面上成功移动。

研究人员还测试了机器人在不同表面粗糙度条件下的运动性能，发现机器人对致动永磁体的位置和速度非常敏感。

通过手动操作永磁体，研究人员记录了机器人在一个运动周期内的完整演示，并分析了不同参数对运动性能的影响。

未来，这种磁尺蠖机器人有望应用于各种复杂环境中的探索和检测任务。

例如，在狭窄空间内进行搜索救援、管道内部检测、甚至是医疗领域的微创手术中，这种小巧灵活的机器人可以发挥重要作用。

研究人员表示，下一步将继续优化机器人的设计，提高其运动效率和适应性，使其在更多应用场景中展现出更大的潜力。

总之，基于微柱预应变弹性体的磁性微尺蠖机器人设计带来了新的突破。

通过引入预负荷肌肉和微柱结构，研究人员成功地让机器人实现了更自然、更高效的爬行动作。

这一创新不仅简化了制造工艺，还为未来的软体机器人设计提供了新的思路和方向。