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沈阳自动化所磁热联合驱动微型软体机器人研究取得进展

撰稿: 沈阳自动化研究所 发布时间:2021-12-13

仿水母机器人在胃模型中的运动与夹持搬运

微型软体机器人可作为药物载体且具有极佳的生物相容性

  近日,中国科学院沈阳自动化研究所微纳米课题组在磁热联合驱动的微型软体机器人方面取得了新的进展。利用4D打印技术制备的软体机器人在近红外光和磁场的联合驱动下,展示了弯曲形变、夹取及搬运功能,在微结构搬运、药物控释等方面显示出重要的应用前景。研究成果发表在中科院一区Top期刊Composites Part B-Engineering。 

  软材料利用内部能量变化和外部能量供应来产生形状变形和运动,对软体机器人技术的发展非常重要。4D打印是制造复杂可变形软体结构的一种方法。所谓4D打印是直接将设计内置到打印材料当中,打印加工出可自动变形的结构。然而由于材料的物理化学性质限制,通过4D打印技术打印水凝胶材料来制造软体机器人的相关研究还不多。

  沈阳自动化所微纳米课题组的科研人员合成了一种由温敏水凝胶(NIPAM)、纳米粘土(Laponite)和磁性颗粒(NdFeB)组成的新型磁性温敏智能水凝胶。水凝胶除了具有可调节的生物物理特性和变形能力外,还具有极佳的生物相容性。从自然界中的生物获得灵感,在外部磁场中利用多材料4D打印技术加工了仿水母和仿扇贝等软体机器人。仿水母机器人可以在外部磁场驱动下以平移、旋转、翻滚形式运动,翻过人胃模型中的褶皱,完成微结构的主动夹取和搬运。在外部磁场和近红外光产生的热场的协同作用下,机器人可以作为药物的载体并减少药物运输过程中的药物泄漏。4D打印毫米级软体机器人将推动机器人在生物工程和医疗领域的应用。

  沈阳自动化所微纳米课题组长期专注于小尺寸机器人方面的研究,从毫米级、微米级到纳米级机器人开展了一系列研究。在磁驱动毫米机器人、光驱动毫米机器人、热驱动毫米机器人、气泡微米机器人、细胞微米机器人、混合驱动纳米机器人等方面取得了一批具有影响力的研究成果。近年来多篇研究成果发表在国际知名学术期刊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),表明课题组在微纳米机器人领域的研究不断深入并已形成体系,相关成果得到国内外研究人员的广泛关注。

  该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、创新交叉团队和机器人学国家重点实验室项目的大力支持。