全球好！今天来了解一篇袖珍机器东谈主筹商——《Stiffness-tunable velvet worm–inspired soft adhesive robot》发表于《SCIENCE ADVANCES》。全球想想，在东谈主体里面这么复杂的环境中寄明月 裸舞，袖珍机器东谈主要稳当操作，粘附限度是何等重要啊！就像壁虎能在墙壁上摆脱行走，当然生物的粘附政策给了科学家们许多启发。而天鹅绒蠕虫的很是本事更是让筹商者们咫尺一亮。接下来，就让咱们沿路望望这款受天鹅绒蠕虫启发的软胶机器东谈主，它在刚度可调的粘附限度方面有哪些强横之处。
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一、筹商配景
在袖珍转移机器东谈主界限，其汉典限度和先进转移性在微创医疗操作中具有首要意旨，但粘附限度方面的筹商仍存在诸多挑战。在东谈主体里面等复杂环境中，如粗拙、有纹理和柔嫩组织名义，袖珍机器东谈主的粘附限度功能至关首要，但是在小范例下，粘附、摩擦和名义能关连问题呈指数增长，使得在体内稳当操作成为慎重。
当然生物的粘附政策为东谈主工系统提供了灵感。举例，贻贝卵白、壁虎、青蛙、甲虫足毛和章鱼吸盘等生物的粘附步地被芜俚筹商。关于可切换粘合剂，东谈主们更倾向于筹商非化学粘附参数的限度，如通过光、热、磁场和压力等可逆可控能源，基于机械能源学表面分析，尝试通过转换战争面积、界面滚动、能量漫衍、气动变化、模量增强和静电等步地限度有用粘附，同期瞎想三维微/纳米结构也备受关心。弹性模量在微范例粘附系统中尤为首要，它影响共形名义战争和机械强度。天鹅绒蠕虫通过独有机制限度唾液弹性模量来捕食或转移，其分泌物中的纳米球在机械应力下自拼装成纳米和微纤维，从而增强弹性模量，这为筹商提供了新想路。
二、筹商效力
（一）MRE优化用于粘附限度
MRE因其优异的磁反应性而成为捏手的空想粘合剂材料。为优化其性能，给与羰基铁颗粒（CIPs，直径约5μm）和高柔嫩性弹性体Ecoflex-10构建MRE复合材料。通过简便复合夹杂工艺措置CIPs集会问题，并通过独特热固化减少其在基质中的千里降，确保大约分散和最小孔隙率。
在优化经过中，要点筹商了弹性模量和名义能变化对粘附的影响。跟着CIPs比例加多，MRE的磁矩变化更显赫，拉伸模量（影响剪切粘附的剪切模量）也相应加多，但运转模量的加多会导致材料模量变化率（∆E/E0）缩小。同期，名义能随填料比例加多而缩小，但磁场变化引起的变化率略有加多。通过践诺细目了材料粘附变化最高的临界质料分数为300wt%。MRE模量滚动时候小于60ms，经1000次近似测锤真金不怕火证了其机械性能的遥远性。
（二）3D结构化MRE粘合剂的粘附分析
1、粘附力测量与限度公约
筹商了不同构成比例的3D结构化MRE在磁场和不同基底作用下的粘附力。MRE的粘附限度公约包括：在无磁场时，柔嫩情状的MRE粘合剂以富有预载力粘附方针，确保大战争面积；磁场加多时，颗粒间力终结集会物复原力，保管大战争面积并加多MRE弹性模量，从而提高粘附强度。
在晶片名义，预载前后战争面积相对恒定，粘附力主要受模量加多影响；在粗拙名义，预载时MRE变形转换集会物复原力和运转战争面积，磁场作用下CIPs诱骗力终结集会物复原力，提神战争面积转换，此时300wt%MRE阐扬出最高粘歌唱粘附变化率。
2、表面模子与有限元分析（FEM）
通过FEM数值模拟和方程，比较了弹性体复原力（Fr）和颗粒间诱骗力（Fa），以主张MRE粘附限度经过，包括战争面积（A）、弹性模量（E）和粘附力（FN，M）等元素。终结标明，高弹性粘合剂结构中的共形战争对提高粘附强度至关首要，限度模量对机械别离有首要孝顺。
3、3D结构的上风
3D结构的MRE粘合剂提高了对软质毛糙名义的适用性。关于低力袖珍机器东谈主，3D结构缩小了有用弹性模量，提高了MR粘附经过效力，减少了预载力需求。
蘑菇状结构影响剪切粘歌唱有用刚度，其分层结构产生的范德华力可稳当战争粗拙名义。在树皮（均方根粗拙度Rq:2.9μm）或猪皮（Rq:1.27μm）等粗拙名义，平面结构因强机械阻力终结了流变性能，而蘑菇状结构在低预载（1.5N/cm²）下仍能确保有用MR效应，提供雄伟粘附性能（磁场关闭时为1.35N/cm²，磁场开启时为2.93N/cm²），并能有用限度粘附。
3D结构还能措置MR经过在捏取软质材料方面的局限性。精准制造的3D结构在相同预载下使粘合剂而非基底变形，有用缩小了MRE的有用模量，从而更高效地限度MR粘附经过以捏取软质材料。
（三）物体捏取、操作及肿瘤切除手术援助
1、物体摆布践诺
MRE粘合剂集成于软质毫米级机器东谈主，在无编程机器东谈主援助下，可摆布柔嫩湿润的豆腐。
编程后的机器东谈主联接MRE粘合剂，能摆布多种物体，如在外部磁场作用下，可捏取和耕作湿润柔嫩的生肝脏样本，还能摆布光滑湿润的三文鱼籽和软奶酪，甚而能通过旋转磁场捏取并拧下螺栓上的螺母。
2、肿瘤切除手术援助
践诺展示了机器东谈主在小鼠肿瘤切除手术中的哄骗（如图6A所示，小鼠肿瘤切除手术援助默示图）。肿瘤细胞名义柔嫩且有皱纹，直径小，传统器具难以捏取且易形成毁伤，而该机器东谈主能竣事平滑精准的粘附，恰当捏取肿瘤进行切除。
机器东谈主在手术中的具体操作经过包括接近肿瘤、增强粘附力捏取、耕作肿瘤并通过手术剪刀切割。通过外部磁场限度，机器东谈主能精准捏取和移除肿瘤细胞。
与配备不行切换粘合剂（纯PDMS和纯Ecoflex）的机器东谈主比较，该机器东谈主在手术切口面积和小鼠体重变化方面阐扬更优，解释了可切换粘合剂在精准汉典手术中的首要性。
三、推测
（一）材料优化
现时筹商虽优化了常用材料，但仍需诱导更软且机械变形更强的材料，以措置里面器官与粘合剂机器东谈主界面的机械不匹配问题。同期，需提高MR颗粒在软质材料中的浸透率，以增强粘附限度的可扩张性。此外，克服MRE需不绝外部能量及化学更正不及的局限，亦然以前材料优化的方针。
色哥网（二）增强粘附力的表面机制
1、垂直粘附力经营
垂直粘附力（FN）证据现存文件经营，其中波及战争面积（A）、界面粘附功（γ）、粘合剂柔量（C）和比例常数（k）等身分。在平坦基底上，主要辩论弹性模量和界面粘附功随磁场的变化；在粗拙名义上，需徐徐追踪粘附经过，分析运转面积、集会物复原力、战争面积变化、MRE模量变化和总净力等元素。
2、粗拙名义粘附分析
关于粗拙名义，通过FEM分析联接预载力（Fp）和弹性模量测量，可得回运转战争面积（A0）。磁场作用下，CIPs诱骗力阻拦集会物复原力，其复原力（Fr）近似就是预载力。CIPs间诱骗力（Fa）可通过构成比例和磁场经营，MRE在粗拙名义的粘附净力（FN）证据不哀怜况经营。
3、蘑菇状结构对粘附的影响
蘑菇状结构通过加多战争面积和转换模量影响粘附力，其结构瞎想辩论了低预载力对机器东谈主扭矩的终结，以竣事宽名义的共形战争。此外，机械变形与结构的协同作用为增强粘附提供了筹商契机，以前有望诱导新结构用于体内哄骗。
（三）哄骗瞎想
1、肿瘤切除手术哄骗
机器东谈主在小鼠腿部汉典肿瘤切除手术中证据首要作用，能有用捏取和耕作肿瘤细胞，减少切割面积，但践诺受限于诞生，现在在体外进行。以前可与多种切割要道集成，如剪刀切割、热疗、激光、磁场汉典剪刀、电线和超声等。
2、磁性系统局限与发展方针
现时磁性系统存在局限，如Helmholtz线圈难以形成均匀高强度磁场，终结了手术操作。以前需要雄伟的磁场限度诞生，以竣事体内概括精准操作，如捏取和特定位置固定。具备多种援救才气的软捏手有望在生物医学工程界限，如植入式闭环操作系统中拓展哄骗。
四、沿路来作念作念题吧
1、以下哪种当然生物的粘附政策未在文中说起行为东谈主工系统的灵感泉源？（ ）
A. 蚂蚁的群体配合式粘附
B. 贻贝卵白的粘附步地
C. 壁虎的粘附结构
D. 章鱼吸盘的粘附旨趣
2、在优化 MRE 材料时，为措置 CIPs 集会问题给与了什么要道？（ ）
A. 加多 CIPs 的直径
B. 转换基质材料
C. 简便复合夹杂工艺
D. 缩小 CIPs 的含量
3、MRE 材料中 CIPs 比例加多会导致以下哪种情况？（ ）
A. 名义能加多且变化率缩小
B. 拉伸模量缩小且变化率加多
C. 磁矩变化更显赫且拉伸模量加多
D. 弹性模量变化率加多且名义能不变
4、在粗拙名义上，3D 结构化 MRE 比较平面结构 MRE 的上风不包括以下哪项？（ ）
A. 能在低预载下确保有用 MR 效应
B. 有用缩小有用弹性模量
C. 终结了流变性能
D. 提供更雄伟的粘附性能
5、在 MRE 粘附限度经过中，磁场加多时，以下哪个身分会终结集会物的复原力？（ ）
A. 战争面积的加多
B. CIPs 间的诱骗力
C. 弹性模量的缩小
D. 预载力的减小
6、以下哪种物体不是软质毫米级机器东谈主在践诺中见效摆布的？（ ）
A. 干燥的木块
B. 软豆腐
C. 湿三文鱼籽
D. 奶酪
7、在肿瘤切除手术中，与配备不行切换粘合剂的机器东谈主比较，本文中的软胶机器东谈主上风在于（ ）
A. 切割速率更快
B. 肿瘤捏取更牢固
C. 机器东谈主畅通更生动
D. 手术切口面积更小
8、为了克服 MRE 材料现在的局限，以前筹商方针不包括以下哪项？（ ）
A. 诱导更软且机械变形更强的材料
B. 提高 MR 颗粒在软质材料中的浸透率
C. 加多 MRE 对外部磁场的依赖进程
D. 通过化学要道更正材料
9、在增强粘附力的表面机制中，关于粗拙名义粘附经过分析，以下哪个元素不是必须辩论的？（ ）
A. 运转战争面积
B. 集会物的颜料变化
C. 战争面积变化
D. MRE 模量变化
参考文件：
Hyeongho Min et al. 寄明月 裸舞，Stiffness-tunable velvet worm–inspired soft adhesive robot. Sci. Adv.10， eadp8260(2024).