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近期，上海交通大学的刘清坤副教授与美国康奈尔大学的研究团队合作，提出了一种名为“微型变形超构机器人”（Metabot）的新概念。这款机器人尺寸小于1毫米，能够通过微电子控制进行任意形状的重构，并实现可控的定向行走。

刘清坤解释说：“传统的微型机器人通常只能进行局部运动，而我们的微型变形机器人可以在较大范围内改变身体形态。”

这款微型机器人采用剪纸结构设计，并结合了电化学驱动的微型执行器。它由超过100个二氧化硅面板和200多个活动铰链构成，其中铰链的厚度仅为10纳米。通过电化学驱动，这些铰链能在100毫秒内使机器人实现高达40%的面积变化，还能根据不同的铰链激活模式改变形状并执行多种运动。

设计灵感来源于自然界中能够大幅度变形的生物，如细胞或变形虫。尽管如此，由于铰链数量众多，这增加了对其操作的难度。为了平衡机器人的灵活性与刚性，研究团队采用精确的电可寻址驱动方式，使这些铰链能够精确地实现目标形状，并在变形后稳定保持。

这种基于超材料制成的微型机器人，具有独特的“拉胀”特性，即材料在某个方向被拉伸时，垂直方向也会随之膨胀。这种材料被称为“拉胀材料”，拥有负泊松比，与常规材料的特性相反。

研究人员利用这一特性开发出“超材料机器人”（Metasheet Robot），简称“Metabot”。这种机器人展现出更高的灵活性和稳定性，其结构由众多基元组成，与传统机器人设计有本质区别。即使部分基元受损，微型变形机器人仍能正常运作。

在结构设计上，研究团队发现六边形结构在变形范围和自由度上表现最优。与四边形结构相比，六边形结构不仅形变范围更大，且自由度适中，既不会过于僵硬，也不会过于柔软。

这种基于超材料的微型机器人，展示了显著的变形和移动性能优势。相关论文《电子可配置的微观超材料片机器人》（Electronically configurable microscopic metasheet robots）已发表在《自然·材料》杂志上。

这种微型机器人在生物医学、环境监测和微流控技术等领域具有广泛应用前景。例如，通过在其表面安装带有医学标志物的传感器或微控制器，微型机器人可以穿过人体腔道等复杂、狭窄的环境。

目前，该微型机器人还处于研究初期阶段，面板上的功能有待进一步开发。未来，研究团队计划提升其性能，并在面板上增加更多功能，如传感器、药物载体和微控制芯片等组件，以实现无线控制并通过处理器间通信实现分布式控制。

此外，研究人员正考虑将这种微型机器人集成到内窥镜末端，通过微创手术方式送入体内进行检测和治疗。刘清坤表示，这种机器人不仅能释放药物，还可能通过其强大的变形能力进行精细操作，类似于柔性机器人或柔性机械手的功能。未来还可以在机器人表面安装电极，利用电刺激方式治疗病变部位，进一步增强其在微创医疗领域的应用潜力。