達特茅斯學院和香港城市大學Thayer工程學院的研究人員從生物學和玩具架中汲取靈感，開發出一種帶有光控蜂窩發動機的游泳機器人，可以進行高度針對性的藥物輸送。

研究人員將心臟組織工程，三維打印機翼結構和光敏凝膠相結合，生產出具有啟停功能的軟機器人。可切換裝置在暴露于穿透皮膚的近紅外光時會改變其形狀，使其在人體血流等流體環境中驅動和制動。

可變形裝置顯著提高了設計用于在人體和其他非常規工作環境中工作的機器人的實用性。

香港城市大學的研究團隊制作了原始機器人設計并進行了實驗測試。達特茅斯團隊對設備進行了機械和數值分析，并建議對尺寸和形狀等設計元素進行更改。

“利用這項技術，我們可以創造具有前所未有的機動性的軟變形機器人，”Thayer工程助理教授Zi Chen說。“我們的靈感來自具有不同配置和功能的可變形玩具。結果是沒有玩具，它可能會改變人們的生活。”

活生物體能夠改變形狀以執行特定動作。一只刺猬蜷縮成一個防守球。鳥兒張開翅膀飛翔。諸如維納斯捕蠅草等食蟲植物開啟和關閉。這項新研究是開發機器人的長期努力的一部分，這些機器人模仿了自然界中發現的這種變形行為。

為了有效，新一代機器人需要節能，并且必須能夠響應不同類型的刺激，如光或熱。

雖然已經存在這些類型的機器人的例子，但是研究人員一直在努力創造一種能夠流暢地改變其形狀以允許其按需開始和停止移動的裝置。大多數現有系統還依賴于由于其幾乎恒定的溫度而難以在人體中刺激的溫度變化。

“使用光線控制機器人運動的能力創造了一個功能更強大的裝置，可以高精度地操作，”最近的博士Xiaomin Han表示。畢業于Thayer的Chen研究實驗室。

遙控機器人由尾鰭驅動，模仿鯨魚的游泳動作。該結構以飛機機翼的形狀進行3D打印，然后涂有心肌細胞。與心肌細胞導致心臟連續搏動的方式相同，它們也通過恒定的波動作用推動該生物混合裝置。

為了控制機器人的運動，研究人員將光敏水凝膠應用于機翼。在沒有光線的情況下，翅膀展開，允許心臟細胞向前推進。當暴露在光線下時，浮動平面縮回其機翼，使其停止。

“心臟肌肉不斷攪動，但他們無法克服機翼的阻力，”陳說。“這就像在緊急制動器上打開加速踏板一樣。”

機器人對近紅外光的高靈敏度創造了一種響應速度，幾乎可以立即改變機翼形狀，使其具有高度的機動性。在這項研究中，研究人員利用浮動平面機器人的“前所未有的可控性和響應性”作為貨物載體，對癌細胞進行靶向藥物輸送。

“我們真的放棄了對癌細胞的毒品炸彈，”陳說。“可轉換概念的實現為下一代智能生物混合機器人系統的潛在發展鋪平了道路。”

生物混合機器人可以生產各種尺寸，范圍從幾毫米到幾十厘米。這種可擴展性使其具有良好的靈活性，可以在困難的環境中承擔與導航和監視相關的任務。

一項描述該研究的研究首次出現在3月下旬的學術期刊Small上。

在目前的研究中，研究人員通過使用光來控制整個機器人的起停運動。未來的研究將使用光線對準機器人上的單獨機翼，以便可以更精確地操縱它。

本研究由香港城市大學的彭石和徐秉哲共同完成。來自新加坡國立大學的Yuwei Hu和Chia-Hung Chen以及湖北工業大學的Yiming Luo也參與了這項研究。