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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

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科研人员利用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、药物控释等方面展现出重要的应用前景。

近日,中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室微纳米自动化课题组在磁热联合驱动的微型软体机器人研究中取得新进展。科研人员利用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、药物控释等方面展现出重要的应用前景。相关研究成果发表在Composites Part B-Engineering上。

  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至关重要。4D打印是制造复杂可变形软体结构的方法之一。4D打印是直接将设计内置到打印材料中,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,鲜有关于4D打印技术打印水凝胶材料制造软体机器人的研究。

  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。水凝胶具有可调节的生物物理特性和变形能力,以及极佳的生物相容性。研究人员从自然界中的生物获得灵感,在外部磁场中运用多材料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。

  该课题组专注于小尺寸机器人研究,从毫米级、微米级到纳米级机器人开展了系列研究,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研究成果【相关成果发表在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)】。

  研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院青年创新促进会、中科院“创新交叉团队”项目、机器人学国家重点实验室的支持。

      

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

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