近日，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室微納米自動(dòng)化課題組在磁熱聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的微型軟體機(jī)器人研究中取得新進(jìn)展?？蒲腥藛T利用4D打印技術(shù)制備的軟體機(jī)器人在近紅外光和磁場(chǎng)的聯(lián)合驅(qū)動(dòng)下，展示了彎曲形變、夾取及搬運(yùn)功能，在微結(jié)構(gòu)搬運(yùn)、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(lái)產(chǎn)生形狀變形和運(yùn)動(dòng)，對(duì)軟體機(jī)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(jì)內(nèi)置到打印材料中，打印加工出可自動(dòng)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(jī)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(chǎng)中運(yùn)用多材料4D打印技術(shù)加工了仿水母和仿扇貝等軟體機(jī)器人。仿水母機(jī)器人可以在外部磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下以平移、旋轉(zhuǎn)、翻滾形式運(yùn)動(dòng)，翻過(guò)人胃模型中的褶皺，完成微結(jié)構(gòu)的主動(dòng)夾取和搬運(yùn)。在外部磁場(chǎng)和近紅外光產(chǎn)生的熱場(chǎng)的協(xié)同作用下，機(jī)器人可以作為藥物的載體并減少藥物運(yùn)輸過(guò)程中的藥物泄漏。4D打印毫米級(jí)軟體機(jī)器人將推動(dòng)機(jī)器人在生物工程和醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。
該課題組專(zhuān)注于小尺寸機(jī)器人研究，從毫米級(jí)、微米級(jí)到納米級(jí)機(jī)器人開(kāi)展了系列研究，在磁驅(qū)動(dòng)毫米機(jī)器人、光驅(qū)動(dòng)毫米機(jī)器人、熱驅(qū)動(dòng)毫米機(jī)器人、氣泡微米機(jī)器人、細(xì)胞微米機(jī)器人、混合驅(qū)動(dòng)納米機(jī)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、中科院“創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)”項(xiàng)目、機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。
