微型机器人的一个关键特性是，它们能够在外部刺激下（如热、光、电和化学环境）变形为预先编程的配置。使用常规方法来实现这种行为是具有挑战性的，因为在这些尺度上可用的材料不能像它们的宏观对应物一样可编程。为了克服这一挑战，密歇根大学化学Mayank Agrawal等人提出了一种设计策略，以制造一种既可编程又可与胶体级物理兼容的机器人机器。

本文要点：

1）研究人员的策略是使用活性胶体颗粒形式的电动机，它们会不断向前推进。将这些电动机首尾相连地排列在一个闭合链中，形成一个二维回路，该回路在其机械约束下可以折叠。

2）通过调节六个设计参数来编码目标环的形状和运动，每个设计参数在胶体尺度上是不变的且是可实现的。研究人员利用厘米级机器人证明了该设计策略的合理性。

3）使用布朗动力学模拟来探索更大的设计空间，并提出了一个分析理论来辅助设计过程。还可以将多个闭合链融合在一起，以实现几种复杂的形状和机器人行为，这通过折叠字母形状“M”，动态抓手和动态“吃豆人”得到了证明。

这种设计的材料不可知、无标度和可编程的性质使得能够在胶体尺度和宏观尺度上构建各种可重构的机器人。

Mayank Agrawal, et al. Scale-free, programmable design of morphable chain loops of kilobots and colloidal motors. Proceedings of the National Academy of Sciences 2020, 201922635.

DOI: 10.1073/pnas.1922635117

https://doi.org/10.1073/pnas.1922635117