中科院沈陽自動化所磁熱聯(lián)合驅(qū)動微型軟體機器人研究取得進展

 

 

原題：沈陽自動化所磁熱聯(lián)合驅(qū)動微型軟體機器人研究取得進展

近日，中國科學院沈陽自動化研究所機器人學國家重點實驗室微納米自動化課題組在磁熱聯(lián)合驅(qū)動的微型軟體機器人研究中取得新進展?？蒲腥藛T利用4D打印技術(shù)制備的軟體機器人在近紅外光和磁場的聯(lián)合驅(qū)動下，展示了彎曲形變、夾取及搬運功能，在微結(jié)構(gòu)搬運、藥物控釋等方面展現(xiàn)出重要的應用前景。相關研究成果發(fā)表在CompositesPartB-Engineering上。

軟材料利用內(nèi)部能量變化和外部能量供應來產(chǎn)生形狀變形和運動，對軟體機器人技術(shù)的發(fā)展至關重要。4D打印是制造復雜可變形軟體結(jié)構(gòu)的方法之一。4D打印是直接將設計內(nèi)置到打印材料中，打印加工出可自動變形的結(jié)構(gòu)。然而，由于材料的物理化學性質(zhì)限制，鮮有關于4D打印技術(shù)打印水凝膠材料制造軟體機器人的研究。

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，在外部磁場中運用多材料4D打印技術(shù)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(qū)動下以平移、旋轉(zhuǎn)、翻滾形式運動，翻過人胃模型中的褶皺，完成微結(jié)構(gòu)的主動夾取和搬運。在外部磁場和近紅外光產(chǎn)生的熱場的協(xié)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(yī)療領域的應用。

該課題組專注于小尺寸機器人研究，從毫米級、微米級到納米級機器人開展了系列研究，在磁驅(qū)動毫米機器人、光驅(qū)動毫米機器人、熱驅(qū)動毫米機器人、氣泡微米機器人、細胞微米機器人、混合驅(qū)動納米機器人等方面取得了研究成果【相關成果發(fā)表在Small(2019)、AdvancedIntelligentSystems(2021)、ACS Applied Materials& Interfaces(2019/2020/2021)、Chemical Engineering Journal(2021)、IEEE Robotics and Automation Letters(2021)、Lab na Chip(2016)】。

研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中科院青年創(chuàng)新促進會、中科院“創(chuàng)新交叉團隊”項目、機器人學國家重點實驗室的支持。

 

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

 

 

 

動感機器人學國家重點實驗室：在國內(nèi)相關領域處于核心和帶頭地位

 

機器人學國家重點實驗室（State Key Laboratory of Robotics)依托于中國科學院沈陽自動化研究所，前身是中國科學院機器人學開放實驗室。該實驗室是我國機器人學領域最早建立的部門重點實驗室，我國機器人學領域著名科學家蔣新松院士1989-1997年曾任實驗室主任。近二十年來，實驗室在機器人學基礎理論與方法研究方面與國際先進水平同步發(fā)展，并在機器人技術(shù)前沿探索和示范應用等方面取得一批有重要影響的科研成果，充分顯示出實驗室具有解決國家重大科技問題的能力。目前，該實驗室機器人學研究總體水平在國內(nèi)相關領域處于核心和帶頭地位，是國內(nèi)外具有重要影響的機器人學研究基地。

    機器人學國家重點實驗室定位于為我國經(jīng)濟和社會發(fā)展、國家安全和重大科學工程提供所需要的機器人技術(shù)與系統(tǒng)，研究機器人學基礎理論與方法、發(fā)展可行技術(shù)和平臺樣機系統(tǒng)，培養(yǎng)和匯聚從事機器人學研究的高水平人才，推動我國先進機器人技術(shù)與系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。主要面向發(fā)展具有感知、思維和動作能力的先進機器人系統(tǒng)，研究機器人學基礎理論方法、關鍵技術(shù)、機器人系統(tǒng)集成技術(shù)和機器人應用技術(shù)。

    實驗室堅持對外開放，吸引國內(nèi)外專家學者開展交流與合作研究。通過設立基金課題，實驗室與國內(nèi)有關從事機器人學研究的近30所大學、研究所和企業(yè)建立了聯(lián)系，幾乎涵蓋國內(nèi)從事機器人學研究的所有單位。近幾年來，實驗室結(jié)合自身的發(fā)展方向，有針對性地與國內(nèi)外知名科研團隊建立合作關系。這些合作，對于本實驗室加強學科建設、了解國家需求、建立有針對性的演示驗證系統(tǒng)，發(fā)揮了重要作用。

 

 

機器人學國家重點實驗室學術(shù)委員會成員