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沈陽自動化所磁熱聯(lián)合驅(qū)動微型軟體機器人研究取得進展
2021年12月14日 15:42:50
來源：沈陽自動化研究所 點擊量：6121
近日，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所機器人學(xué)國家重點實驗室微納米自動化課題組在磁熱聯(lián)合驅(qū)動的微型軟體機器人研究中取得新進展。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】近日，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所機器人學(xué)國家重點實驗室微納米自動化課題組在磁熱聯(lián)合驅(qū)動的微型軟體機器人研究中取得新進展?？蒲腥藛T利用4D打印技術(shù)制備的軟體機器人在近紅外光和磁場的聯(lián)合驅(qū)動下，展示了彎曲形變、夾取及搬運功能，在微結(jié)構(gòu)搬運、藥物控釋等方面展現(xiàn)出重要的應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果發(fā)表在Composites Part B-Engineering上。
軟材料利用內(nèi)部能量變化和外部能量供應(yīng)來產(chǎn)生形狀變形和運動，對軟體機器人技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。4D打印是制造復(fù)雜可變形軟體結(jié)構(gòu)的方法之一。4D打印是直接將設(shè)計內(nèi)置到打印材料中，打印加工出可自動變形的結(jié)構(gòu)。然而，由于材料的物理化學(xué)性質(zhì)限制，鮮有關(guān)于4D打印技術(shù)打印水凝膠材料制造軟體機器人的研究。
科研人員合成了一種由溫敏水凝膠(NIPAM)、納米粘土(Laponite)和磁性顆粒(NdFeB)組成的新型磁性溫敏智能水凝膠。水凝膠具有可調(diào)節(jié)的生物物理特性和變形能力，以及極佳的生物相容性。研究人員從自然界中的生物獲得靈感，在外部磁場中運用多材料4D打印技術(shù)加工了仿水母和仿扇貝等軟體機器人。仿水母機器人可以在外部磁場驅(qū)動下以平移、旋轉(zhuǎn)、翻滾形式運動，翻過人胃模型中的褶皺，完成微結(jié)構(gòu)的主動夾取和搬運。在外部磁場和近紅外光產(chǎn)生的熱場的協(xié)同作用下，機器人可以作為藥物的載體并減少藥物運輸過程中的藥物泄漏。4D打印毫米級軟體機器人將推動機器人在生物工程和醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。
該課題組專注于小尺寸機器人研究，從毫米級、微米級到納米級機器人開展了系列研究，在磁驅(qū)動毫米機器人、光驅(qū)動毫米機器人、熱驅(qū)動毫米機器人、氣泡微米機器人、細胞微米機器人、混合驅(qū)動納米機器人等方面取得了研究成果【相關(guān)成果發(fā)表在Small(2019)、Advanced Intelligent Systems(2021)、ACS Applied Materials & Interfaces(2019/2020/2021)、Chemical Engineering Journal(2021)、IEEE Robotics and Automation Letters(2021)、Lab n a Chip(2016)】。
研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進會、中科院“創(chuàng)新交叉團隊”項目、機器人學(xué)國家重點實驗室的支持。
仿水母機器人在胃模型中的運動與夾持搬運
微型軟體機器人可作為藥物載體且具有極佳的生物相容性
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