磁場對生物組織是透明的，相對安全的，是實現磁器件遠程驅動和無線控制的有力工具，而微型機器人可以進入人體複雜和狹窄的區域，並操縱下至亞細胞實體，這兩種技術的結合，在醫學和生物工程應用方面的巨大潛力，於是，過去20年裏，磁性微型機器人迎來迅速發展。
近日，來自香港城市大學的Shen Yajing博士帶領團隊開發了一種新型噴塗塗層，這種帶磁性的塗層可以讓普通物體變成“聽話的”移動機器人，指哪兒打哪兒，在生物醫學應用方面具有特別的潛力。
其實早在2018年，Shen Yajing博士和另一團隊展示過一款有趣的“毫米機器人”（millirobot），他們將磁性微粒植入橡膠硅機器人體內，通過外部磁場的作用，機器人可以行走、爬行、跳躍和滾動。
這款“毫米機器人”長着毛毛蟲般的腿，力氣奇大無比，相當於一個人能舉起一輛26座的小型巴士。它可以用來在人體內攜帶藥物，適應各種不利的環境，有效地沿着身體內與體液(如血液或粘液)組合或完全浸沒在其中的表面移動
但面對不同的應用場景，如果每次都要重新制造磁性微型機器人，顯得效率低下，而且從成本考慮也不划算。於是，在新研究中，研究人員想着開發一種工具，普通物體也能“變身”成磁性微機器人。最後，一種叫做“M-spray”的磁性噴霧誕生了，它由聚乙烯醇、麪筋和鐵顆粒製成的，可以附着在各種材料的表面上，無論是光滑還是有紋理。
“我們的想法是，穿上這種‘磁性外套’，我們可以把任何物體變成機器人，並控制它們的運動。”該研究小組的負責人Shen Yajing博士説，“我們研發的M-spray可以粘在目標物體上，在磁場驅動下‘激活’目標物體。”
“M-spray”形成的磁性薄膜厚度不到四分之一毫米，研究小組稱這是保持原始物體形狀和大小的關鍵。在初次演示中，研究小組選擇了棉線、薄膜和塑料管，噴上磁性塗層後，它們變成了柔軟的微型機器人，能夠在磁場的幫助下行走、爬行和滾動。但有趣的是，一旦塗上塗層，它們移動方式並不是一成不變的。
實際上，移動模式可以根據需要通過潤濕固體狀的塗層，把它變成一種類似膠水的物質來重新編程。然後，通過施加強磁場，塗層內的磁顆粒可以重新分佈和排列，改變機器人對磁場的反應方式。
為了證明這一點，研究小組讓同一微型機器人從毛毛蟲般蠕動變為更緩慢的蝮蛇般的挪動，成功從狹窄的縫隙中擠過去。在另一項實驗中，研究人員用“M-spray”包覆了一根導管，並對其飛行時的運動模式進行了重新編程，使其既能平穩轉彎，又能急轉彎，這樣當這些醫療設備插入人體時可以避免受傷。
體外實驗已經證明了“M-spray”完美有效，接着就是動物體內實驗了，研究人員給一種膠囊塗上噴霧，把家兔麻醉。隨後，研究人員給這些兔子注射膠囊，並通過放射成像跟蹤它們在胃裏的活動，當膠囊抵達目標位置時，“M-spray”的特殊成分塗層使其在磁場或酸性環境下分解成粉末，可以排出體外。
“M-spray的所有原材料，即PVA，麪筋和鐵顆粒，都是生物相容性的。” Shen Yajing説，“分解後的塗層會被人體吸收或排出體外。”
除了生物醫學應用，這項技術的還有一系列潛在用途。Shen Yajing博士説:“我們希望這種構建策略能夠促進微機器人在不同領域的發展和應用，比如主動運輸、可移動傳感器和設備，特別是在有限空間的任務中。”
近年來，微型機器人受到越來越多的關注，主要是因為它們在醫學和生物工程方面的巨大應用潛力。“微型機器人”是指一種可控制的設備，其尺寸從微米到毫米不等。由於體積小，這些機器人以微創的方式進入人體複雜狹窄的區域，例如胃腸道、血管、大腦和眼睛。此外，它們還具有執行各種任務的潛力，如定向分娩、精確手術和醫療檢查。而微型機器人能夠操縱亞細胞實體的高精度和可重複性，使其在體外應用亦是前景廣闊，如細胞操作和組織工程。
到目前為止，針對微型機器人提出了許多不同的策略，如化學、光學、超聲波、靜電和磁驅動。其中，磁性驅動由於其對生物組織透明、相對安全、可控性好，是首選策略之一。即使是毫米級的機器人，由於同時追求良好的機動性和最小的入侵，在機載設計中主動模態和小尺寸之間的矛盾始終存在，使用機外磁力驅動已經成為一種可行的解決方案。因此，磁性微型機器人得到了廣泛的發展。