在工业和医疗领域，微操作技术都扮演着至关重要的角色。该技术在微米级别的精确度下，能够将物体准确地递送到目标区域，为微组装、细胞操作以及靶向治疗等任务开辟了新的途径。然而，由于灵活性欠缺，传统的大尺度机械平台在如人体内等狭小脆弱的环境执行任务时面临诸多困难。

应对这一挑战，研究人员探索了利用不受束缚的微型机器人进行远程控制的微操作任务的可能性，并研发了微爪型、软体型以及推送型等多种微机器人来执行精细操作任务。然而，这些机器人的行为机制大多较为复杂，难以实现稳定且解耦的抓取和释放动作。同时，大多数微型机器人的抓取和释放行为都需要特定手势和方向，这无疑增加了操作复杂性。

微群作为潜在候选者，展现出了可重构性、变形能力和在多种应用中的潜力。然而，它们也面临着一些挑战，如捕获缺乏选择性、释放行为难以与群体和货物运动脱钩，以及实现更高自主性的需求。

“制服”微群，实现高精度微操作

对此，香港中文大学张立教授课题组、香港理工大学杨立冬教授和中科院深圳先进技术研究院的徐天添、吴新宇教授团队，前不久联合提出了一种使用可重构微纳机器人集群来进行高精度微操作的方案，并设计了相应算法实现了操作过程的自动化。

该研究巧妙地利用了微纳机器人集群产生的流体场，来吸引并抓捕微米尺度的物体。通过结合先进的运动控制算法，研究团队能够精确地将集群及其携带的物体导航至目标地点。随后，通过切换集群的形态，改变流体场，从而顺利地将货物排出。

为了实现对微操作过程的定量研究和控制，研究人员将操作过程细分为不同的状态，并设计了一个有限状态机来监控和管理这些状态之间的切换。此外，他们还提出了相应的轨迹规划算法和优化算法，实现了对微物体的选择性操作和多物体的最优化搬运，进一步扩展了该技术的广泛应用潜力。

该研究的相关论文已经以“Automated Microrobotic Manipulation using Reconfigurable Magnetic Microswarms”为题发表在《IEEE Transactions on Robotics》杂志上。香港中文大学为论文第一单位，博士后研究员姜佳林为论文第一作者，香港中文大学教授张立以及香港理工大学助理教授杨立冬为通讯作者。共同作者则包括香港中文大学博士生郝博，中科院深圳先进技术研究院的徐天添教授和吴新宇教授。

可重构微纳机器人集群与微操作原理

微群由数百万个纳米级Fe3O4粒子组成，并由自制的3D亥姆霍兹线圈系统产生的动态均匀空间磁场驱动，具有涡旋和带状两种模式以捕获和释放物体。当外部施加不同形式的交变磁场时，磁性颗粒也会形成不同形式的微纳集群。如图1所示，当施加一个旋转磁场的时候，颗粒会像漩涡一样形成一个圆形集群；而当施加一个震荡场的时候，粒子又会排列成条带状的集群。这两种集群拥有着不同的流体场，而且可以动态切换。利用这些特点，研究人员实现了简单稳定的货物捕捉和释放。

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