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沈陽自動化所磁熱聯合驅動微型軟體機器人研究取得進展

撰稿: 沈陽自動化研究所 發布時間:2021-12-13

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

  近日,中國科學院沈陽自動化研究所微納米課題組在磁熱聯合驅動的微型軟體機器人方面取得了新的進展。利用4D打印技術制備的軟體機器人在近紅外光和磁場的聯合驅動下,展示了彎曲形變、夾取及搬運功能,在微結構搬運、藥物控釋等方面顯示出重要的應用前景。研究成果發表在中科院一區Top期刊Composites Part B-Engineering。 

  軟材料利用內部能量變化和外部能量供應來產生形狀變形和運動,對軟體機器人技術的發展非常重要。4D打印是制造復雜可變形軟體結構的一種方法。所謂4D打印是直接將設計內置到打印材料當中,打印加工出可自動變形的結構。然而由于材料的物理化學性質限制,通過4D打印技術打印水凝膠材料來制造軟體機器人的相關研究還不多。

  沈陽自動化所微納米課題組的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。水凝膠除了具有可調節的生物物理特性和變形能力外,還具有極佳的生物相容性。從自然界中的生物獲得靈感,在外部磁場中利用多材料4D打印技術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動下以平移、旋轉、翻滾形式運動,翻過人胃模型中的褶皺,完成微結構的主動夾取和搬運。在外部磁場和近紅外光產生的熱場的協同作用下,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療領域的應用。

  沈陽自動化所微納米課題組長期專注于小尺寸機器人方面的研究,從毫米級、微米級到納米級機器人開展了一系列研究。在磁驅動毫米機器人、光驅動毫米機器人、熱驅動毫米機器人、氣泡微米機器人、細胞微米機器人、混合驅動納米機器人等方面取得了一批具有影響力的研究成果。近年來多篇研究成果發表在國際知名學術期刊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),表明課題組在微納米機器人領域的研究不斷深入并已形成體系,相關成果得到國內外研究人員的廣泛關注。

  該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會、創新交叉團隊和機器人學國家重點實驗室項目的大力支持。

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