近期，加拿大滑铁卢大学的研究人员开发了一种基于植物水凝胶的微型软体医疗机器人，这些机器人可以进入人体并执行任务，例如活检或外科手术。
这种机器人由具有生物相容性的水凝胶材料组成，其材料包含来自植物的纤维素纳米颗粒。研究人员可以通过调整纤维素纳米颗粒的取向，使它们在暴露于某些化学环境（如pH值变化）时以可预测的方式发生形状改变，从而实现物品的夹取。
结合磁性元件，机器人可以利用外部磁场移动，并将物体（如药物）运送到身体的不同部位。
1、小于1CM，可形变可自愈
由于采用了新型植物基材料，这种微型机器人具有自愈性。这意味着它可以在没有任何粘合剂的情况下粘在一起，这种灵活的特性能让医生根据所需的尺寸和形状轻松定制它的形状，以适应不同的应用。
同时，这种材料还对温度、离子强度和 pH 值敏感，能够在外部环境的变化下触发变形系统，由此实现对物品的夹持。研究人员增加环境增加pH值时，微型软体医疗机器人的夹持器通过滚动来抓取球形货物。将货物转移到新位置后，通过降低pH值打开夹持臂，然后释放货物。由于夹持臂的柔软性，它们还可以缠绕在不规则和柔软的物体上，从而实现长条物体的移动。
这种机器人的最大长度为1厘米，由于结合了磁性组件来，可以通过施加在体外的磁场来控制移动机器人将药物或其他物件精确输送到特定的区域。
对其细胞毒性的进一步研究表明，它们具有高水平的生物相容性。在实验中，研究人员已经能够操纵机器人穿越迷宫，这表明它们或许能在我们曲折的脉管系统中运动。
a 一种由剪切和粘贴策略开发的微型抓手，通过增加pH值触发的滚动臂来抓取球形货物。将货物转移到新位置后，打开夹持臂，通过降低pH值释放货物。比例尺为 10 毫米。b 微型机器人通过缠绕轻型货物来转移轻型货物的示意图，该轻型货物由增加 pH 值触发。通过在不受束缚的软夹持器上添加磁性贴片，可以通过外部磁场进行导航和操纵。c 微型机器人通过扭动来转移工字形货物，该货物由增加pH值触发。微型机器人由磁铁远程导航和操纵。降低pH值会触发微型机器人的打开和货物的释放。请注意，货物抓取过程并非完全非接触式，我们必须手动将货物引导到正确的位置。完全非接触式抓取步骤需要主动控制扭线带的位置，这不是这项工作的范围。比例尺为 10 毫米。
2、开启柔性革命
微型软体机器人是一个相对未被充分开发的领域，但具有庞大的医疗应用潜力。
目前上述课题组的科学家们正积极研究，如何增强水凝胶的机械性能，从而提升机器人的承载力。同时，进一步提升水凝胶的变形能力和运动模式，适应更复杂的医学应用。此外，如何让机器人在更温和的PH环境中触发形变也是另一个难点。
目前，研究人员已经在PH较高和较低的两种环境中实现了机器人的形变。在天然pH值较高的器官中具有治疗应用的潜力，比如膀胱。
这一研究“Programmable nanocomposites of cellulose nanocrystals and zwitterionic hydrogels for soft robotics”，发表在了9月30日的《nature communications》上。
与传统刚性医疗机器人相比，软体机器人能够进一步深入人体，在复杂的结构中灵活移动，为传统刚性机器人难以解决的问题提供解决方案，提高医疗效率。当前，国内外科学家都在积极在此领域耕耘，期待在不久的将来微型软体机器人能实现真正的临床应用。
