仿水母機(jī)器人在胃模型中的運(yùn)動(dòng)與夾持搬運(yùn)
微型軟體機(jī)器人可作為藥物載體且具有極佳的生物相容性
近日，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所微納米課題組在磁熱聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的微型軟體機(jī)器人方面取得了新的進(jìn)展。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)、藥物控釋等方面顯示出重要的應(yīng)用前景。研究成果發(fā)表在中科院一區(qū)Top期刊Composites Part B-Engineering。
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)展非常重要。4D打印是制造復(fù)雜可變形軟體結(jié)構(gòu)的一種方法。所謂4D打印是直接將設(shè)計(jì)內(nèi)置到打印材料當(dāng)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，通過(guò)4D打印技術(shù)打印水凝膠材料來(lái)制造軟體機(jī)器人的相關(guān)研究還不多。
沈陽(yáng)自動(dòng)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(diào)節(jié)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(chǎng)中利用多材料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。
沈陽(yáng)自動(dòng)化所微納米課題組長(zhǎng)期專注于小尺寸機(jī)器人方面的研究，從毫米級(jí)、微米級(jí)到納米級(jí)機(jī)器人開展了一系列研究。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)器人等方面取得了一批具有影響力的研究成果。近年來(lái)多篇研究成果發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)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(jī)器人領(lǐng)域的研究不斷深入并已形成體系，相關(guān)成果得到國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。
該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)和機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的大力支持。
