你能想象嗎?未來治病，或許不再需要開刀，而是往血管裏打一針比米粒還小的“機器人”。它們不裝電池、不拖線纜，僅靠體外磁場遠程驅動，就能在彎曲的人體管道里精準送藥、顯微操作。但這類微型機器人一直卡在一個尷尬的困境裏：做得太“剛”，像個硬骨頭，雖然好控制，但在九曲十八彎的血管和柔軟的腸道里根本轉不過彎;做得太“軟”，又像一團橡皮泥，雖然能變形，卻很難聽指令，力氣也小得可憐。硬的不轉彎，軟的沒力氣——這個難題怎麼破?

近日，清華大學深圳國際研究生院先進製造領域生物製造工程實驗室彌勝利教授團隊給出了一套巧妙答案——像搭積木一樣，把微型機器人拼裝出來。他們先後在毫米級和亞毫米級兩個尺度上取得突破，讓這些“小不點”既身段靈活又聽話有力，甚至還能一邊幹活一邊“自我體檢”。兩項研究成果分別發表在《類生命系統》和《先進材料》上。

針對微型機器人難以同時兼顧結構魯棒性與形態適應性的難題，團隊提出了由旋轉關節連接離散剛性模塊的鉸接式磁性驅動器設計範式。該策略以模塊化結構為基礎，通過在剛性單元之間引入可控關節，使驅動器在保持穩定機械性能的同時獲得按需重構能力。更重要的是，驅動器的運動與模式切換均可由單一、均勻的外部磁場完成，無需依賴複雜的空間變化磁場，從而有效降低了控制系統複雜度。

圖 鉸接式磁性驅動器的模塊化設計範式與核心控制機制

基於該設計，團隊開發了磁性螳螂、磁性鵜鶘、磁性鑷子和磁性夾子等代表性原型。它們可完成爬行、滾動、抓取、儲存、攪拌、釋放和貨物運輸等多種操作，並顯示出跨尺度應用潛力：既可在微觀尺度的彎曲血管模型中靈活導航，也可在離體豬胃模型中克服複雜生理阻礙，實現靶向貨物遞送。

圖 磁驅執行器在複雜迷宮與離體豬胃模型中的靶向遞送應用展示

相關成果以“面向多模態與跨尺度操作的鉸接式無約束磁控驅動器”( Articulated Untethered Magnetic Actuators for Multimodal and Cross-Scale Operations)為題，發表於《類生命系統》(Cyborg and Bionic Systems)。

該論文的共同第一作者為清華大學深圳國際研究生院2026屆機械專業碩士畢業生陳之賢和2023級機械工程專業博士生趙笑宇，通訊作者為彌勝利，其他作者為2026屆生物醫學工程專業碩士畢業生劉瑩。

在此基礎上，團隊進一步將研究拓展至亞毫米尺度無約束磁控驅動器的構建、運動感知與按需操作。研究人員提出基於過盈配合的模塊化裝配策略：利用高精度3D打印微結構構成驅動器的功能模塊和連接界面，並將嵌有釹鐵硼顆粒的磁性像素作為“無線動力單元”。微結構內壁的單向固定特徵能夠通過機械互鎖穩固錨定磁性像素，使不同構型的亞毫米驅動器得以快速、可靠組裝。

圖 亞毫米無約束磁控驅動器的磁像素構建策略

研究發現，在不同黏度模型液體中，當外加磁場強度超過維持穩定運動的臨界值後，驅動器速度會隨驅動頻率近似線性變化，而速度—頻率關係又與環境黏度密切相關。這意味着，驅動器可在運動和執行任務的同時，通過自身運動狀態對局部液體黏度進行半定量感知。團隊還展示了促進模型染料擴散和定向運輸、原位黏度測量、軟質模型障礙物機械碎解，以及剛柔協同夾爪抓取、運輸與釋放貨物等功能。

圖 “剛柔並濟”型複合磁驅抓取器的貨物遞送應用展示

未來，團隊將結合醫學成像、閉環控制和智能算法，推動無約束式磁驅執行器與機器人在複雜生物流體、動態流場及非均一組織環境中的自主導航、實時感知與精準操作研究，為微創診療和智能醫療器械發展提供新的技術支撐。

相關成果以“實現按需操作與原位黏度感知的亞毫米尺度無約束式磁控驅動器”( Submillimeter?Scale Untethered Magnetic Actuators Enabling on?Demand Manipulation and In Situ Viscosity Sensing)為題，發表於《先進材料》(Advanced Materials)。

該論文第一作者為趙笑宇，通訊作者為彌勝利，其他作者為陳之賢和劉瑩。

論文鏈接：

https://spj.science.org/doi/10.34133/cbsystems.0560

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202516790