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

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

近日，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所機(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)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(jī)器人研究中取得新進(jìn)展?？蒲腥藛T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的聯(lián)合驅(qū)動下，展示了彎曲形變、夾取及搬運(yùn)功能，在微結(jié)構(gòu)搬運(yùn)、藥物控釋等方面展現(xiàn)出重要的應(yīng)用前景。相關(guān)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(yīng)來產(chǎn)生形狀變形和運(yùn)動，對軟體機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要。4D打印是制造復(fù)雜可變形軟體結(jié)構(gòu)的方法之一。4D打印是直接將設(shè)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(xué)性質(zhì)限制，鮮有關(guān)于4D打印技術(shù)打印水凝膠材料制造軟體機(jī)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(yùn)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驅(qū)動下以平移、旋轉(zhuǎn)、翻滾形式運(yùn)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(yùn)。在外部磁場和近紅外光產(chǎn)生的熱場的協(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)輸過程中的藥物泄漏。4D打印毫米級軟體機(jī)器人將推動機(jī)器人在生物工程和醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。

該課題組專注于小尺寸機(jī)器人研究，從毫米級、微米級到納米級機(jī)器人開展了系列研究，在磁驅(qū)動毫米機(jī)器人、光驅(qū)動毫米機(jī)器人、熱驅(qū)動毫米機(jī)器人、氣泡微米機(jī)器人、細(xì)胞微米機(jī)器人、混合驅(qū)動納米機(jī)器人等方面取得了研究成果【相關(guān)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(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、中科院“創(chuàng)新交叉團(tuán)隊”項目、機(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)實驗室的支持。

仿水母機(jī)器人在胃模型中的運(yùn)動與夾持搬運(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

動感機(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)實驗室：在國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域處于核心和帶頭地位

機(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)實驗室（State Key Laboratory of Robotics)依托于中國科學(xué)院沈陽自動化研究所，前身是中國科學(xué)院機(jī)器人學(xué)開放實驗室。該實驗室是我國機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域最早建立的部門重點(diǎn)實驗室，我國機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域著名科學(xué)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(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)理論與方法研究方面與國際先進(jìn)水平同步發(fā)展，并在機(jī)器人技術(shù)前沿探索和示范應(yīng)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(jī)器人學(xué)研究總體水平在國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域處于核心和帶頭地位，是國內(nèi)外具有重要影響的機(jī)器人學(xué)研究基地。

    機(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)實驗室定位于為我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展、國家安全和重大科學(xué)工程提供所需要的機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)，研究機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)理論與方法、發(fā)展可行技術(shù)和平臺樣機(jī)系統(tǒng)，培養(yǎng)和匯聚從事機(jī)器人學(xué)研究的高水平人才，推動我國先進(jìn)機(jī)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(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)，研究機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)理論方法、關(guān)鍵技術(shù)、機(jī)器人系統(tǒng)集成技術(shù)和機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)。

    實驗室堅持對外開放，吸引國內(nèi)外專家學(xué)者開展交流與合作研究。通過設(shè)立基金課題，實驗室與國內(nèi)有關(guān)從事機(jī)器人學(xué)研究的近30所大學(xué)、研究所和企業(yè)建立了聯(lián)系，幾乎涵蓋國內(nèi)從事機(jī)器人學(xué)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(tuán)隊建立合作關(guān)系。這些合作，對于本實驗室加強(qiáng)學(xué)科建設(shè)、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(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)實驗室學(xué)術(shù)委員會成員